“人工树叶”让二氧化碳变废为宝

“二氧化碳分子式的排序就像两个人手牵着手。这种结构使二氧化碳分子具有极强的化学惰性。

我们要做的是迫使它在更保守的条件下再次与其他物质发生反应，变成宝。”在天津大学化工学院龚金龙教授看来，如何催化惰性二氧化碳是变废为宝的关键。三年来，在国家重点R&D项目的反对下，龚金龙团队通过对二氧化碳化学催化剂转化过程的深入研究，突破了二氧化碳资源化利用面临的低能耗、低效率、产品附加值低的瓶颈问题，为其转化为利用技术的大规模推广奠定了科学基础，研究成果处于世界领先水平。“零排放”翻译成：最好的最低标准的道路。

世界上每天都有大量的二氧化碳排放到大气中。资源的高效利用是建立排放的重要途径，也是一个世界性的问题。

到目前为止，我国使用的常规二氧化碳转化技术必须是高温、高压和催化剂，为这些条件提供必要的能量。在中国煤炭的能源背景下，传统技术不会造成额外的二氧化碳废气。

“改造过程中不可能产生新的二氧化碳，否则就要补西墙。换算成总分类账，换算成小于排放量是很贵的。我们的目标是零排放，让二氧化碳转化为清洁的。

”龚金龙的团队从一开始就自由选择了最好和最低标准的道路。二氧化碳转化的可玩性在于其分子结构非常稳定，而且必须流经高能，二氧化碳转化路径简单，转化后产物多，纯度也不差。因此，转化路线和催化剂的自由选择极其重要。

龚金龙的团队专注于太阳能。"太阳能是自然界取之不尽、用之不竭的绿色能源."龚金龙说，他们记住了叶子的光合作用。一片叶子通过光合作用吸收光能，将二氧化碳和水转化为高能有机物，同时释放氧气。

但是叶子的能量转换效率太低，只有0.1%-1%。“我们要做的催化剂，看起来就像是一块能量转换成人造树叶，效率是普通树叶的百倍。”人造树叶利用太阳能，在催化剂的作用下，可以高效地将水和二氧化碳转化为甲醇、甲烷等含碳分子，必要时可以作为燃料再利用。

通过几万次实验构建“人造树叶”。要构建“人造树叶”的思想，需要创造一种新型的二氧化碳催化剂，并将其转化为反应体系，以寻找更高效的催化剂。但是，这个开创性的研究太前沿了。

回顾最初的研究，龚金龙叹了口气说：“我们的研究完全是从零开始。”从0到1的变化是一个极其艰难的漫长旅程。

首先，出售的实验设备没有现成的商业设备，只有研究团队可以自行探索设计开发。从图纸设计，到材料和工具的自由选择，再到最后的安装，都是研究人员自己完成的。

其次，自由选择哪种催化剂效率更高，只有思考和尝试，实验才完全脱离正常状态结束。“虽然没有仔细统计，但是说我们进行了几万次实验，总结，总结，调整方案，然后进行实验，一点都不好笑。那段时间，我每天都在这个循环中工作。

”龚金龙回忆道。在R&D的过程中，龚金龙的团队也面临着来自美日同行的激烈竞争。在这种压力和动力下，该团队的研究人员每天都带着时间进行长距离跑步。

最后，经过三年多的研究，他们利用太阳能、氢能等绿色能源，构建了“光电催化二氧化碳还原”和“二氧化碳加氢还原”的新途径，切断了二氧化碳绿色转化为液体燃料和高附加值化学品的地下通道，构建了二氧化碳还原为甲醇等烃类燃料的新突破。在转化过程中，含碳产物的收率高达92.6%，甲醇的选择性为53.6%，超过世界领先水平。研究成果已在《德国应用化学》 《能源与环境科学》等国际知名期刊发表。

二氧化碳矿化效率世界最低。在基础研究重回前沿的同时，龚金龙的团队也致力于二氧化碳矿化转化等实际应用的研究。龚金龙教授幽默地说：“我们的研究不能这么冷淡，还要脚踏实地。

”“接地气”的研究是针对目前二氧化碳转化过程中经济状况不佳而进行的。通过“离子液体协同催化剂转化”和“无碱矿石矿化利用”措施，可作为更高效的催化剂生产高附加值的聚碳酸酯、二氧化钛等精细化学品，为二氧化碳矿化转化的工业应用奠定基础。龚金龙解释说，目前中国每年有2000万吨不含钛和铝的炼钢炉渣无法利用。

他们的技术可以在矿化相同的二氧化碳的同时高效地再利用钛和铝等金属元素，并且在矿化过程中获得的高纯度二氧化钛可以应用于染料生产，从而构建了高炉渣的充分利用。目前该技术二氧化碳矿化效率超过200kg/吨(无碱矿)，为世界最低水平。

现在，研究团队正在积极开展每年处理300吨无钛低渣制备高纯二氧化钛的扩大试验。

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