多倫多大學工程研究人員設計的一種新設計的催化劑可以有效地將捕獲的碳轉化為有價值的產品，即使存在會降低當前版本性能的污染物。

這項發現是朝著更經濟有利的碳捕獲和儲存技術邁出的重要一步，這些技術可以添加到現有的工業流程中。

「今天，我們比以往任何時候都擁有更多更好的低碳發電選擇，」該研究的資深作者戴維·辛頓教授說。紙發表於自然能源描述了新的催化劑。

“但還有其他經濟部門更難脫碳：例如鋼鐵和水泥製造。為了幫助這些行業，我們需要發明具有成本效益的方法來捕獲和升級廢物流中的碳。”

辛頓和他的團隊使用電解器來轉化二氧化碳₂以及將電力轉化為乙烯和乙醇等產品。這些碳基分子可以作為燃料出售或用作製造塑膠等日常用品的化學原料。

在電解槽內，當三種元素 —CO 發生轉化反應₂氣體、電子和水基液體電解質在固體催化劑的表面聚集。

催化劑通常由銅製成，但也可能含有其他金屬或有機化合物，可以進一步改善系統。其功能是加速反應並最大限度地減少不必要的副產物（例如氫氣）的產生，這些副產物會降低整個過程的效率。

雖然世界各地的許多團隊已經生產出高性能催化劑，但幾乎所有催化劑都設計為使用純 CO 運行₂餵養。但如果涉及的碳是來自煙囪，那麼原料很可能就不是純淨的。

「催化劑設計師通常不喜歡處理雜質，這是有充分理由的，」博士帕諾斯·帕潘杰拉基斯 (Panos Papangelakis) 說。機械工程專業的學生，也是這篇新論文的五位共同主要作者之一。

「硫氧化物，例如 SO₂，透過與表面結合而使催化劑中毒。這為 CO 留下了更少的場所₂發生反應，也會導致形成您不需要的化學物質。

「這種情況發生得非常快：雖然有些催化劑在純原料下可以持續數百小時，但如果引入這些雜質，幾分鐘內它們的效率就會下降至 5%。”

儘管有成熟的方法可以去除二氧化碳中的雜質₂-在將廢氣送入電解槽之前，它們需要時間、需要能量並增加成本碳捕獲和升級。此外，在 SO 的情況下₂，即使是一點點也可能是一個大問題。

「即使你帶著你的廢氣當濃度降至百萬分之十以下或進料的 0.001% 時，催化劑仍可能在 2 小時內中毒。

在論文中，團隊描述了他們如何設計一個更具彈性的催化劑，可以承受 SO₂透過對典型的銅基催化劑進行兩項關鍵改變。

在一側，他們添加了一層薄薄的聚四氟乙烯，也稱為特氟龍。這種不黏材料改變了催化劑表面的化學性質，阻礙了產生 SO 的反應₂才會發生中毒。

另一方面，他們添加了一層 Nafion，這是一種常用於燃料電池的導電聚合物。這種複雜的多孔材料包含一些親水性區域（這意味著它們會吸引水），以及其他區域的疏水區域（這意味著它們會排斥水）。這種結構使得SO很難₂到達催化劑表面。

然後，該團隊將二氧化碳的混合物加入到該催化劑中₂所以₂，後者的濃度約為百萬分之 400，是典型的工業廢物流。即使在這些惡劣的條件下，新型催化劑也表現良好。

「在論文中，我們報告了 50% 的法拉第效率（衡量最終產生所需產品的電子數量），我們能夠維持 150 小時，」Papangelakis 說。

「有些催化劑可能會以更高的效率啟動，也許 75% 或 80%。但是，如果你將它們暴露在 SO 中，₂，在幾分鐘或最多幾個小時內，這個值幾乎降為零。我們能夠抵抗這一點。

帕潘杰拉基斯說，由於他的團隊的方法不會影響催化劑本身的成分，因此應該廣泛適用。換句話說，已經完善了高性能催化劑的團隊應該能夠使用類似的塗層來抵抗硫氧化物中毒。

儘管硫氧化物是典型廢物流中最具挑戰性的雜質，但它們並不是唯一的雜質，該團隊接下來要研究的是全套化學污染物。

「還有許多其他雜質需要考慮，例如氮氧化物、氧氣等，」帕潘杰拉基斯說。

「但事實上，這種方法對硫氧化物非常有效，這是非常有前途的。在這項工作之前，人們理所當然地認為在升級二氧化碳之前必須去除雜質₂。我們已經證明，可能有一種不同的方式來處理它們，這開闢了許多新的可能性。