奥妙的多酸世界将二氧化碳变废为宝

原作者：聊城大学化学化工学院 黄现强，本账号获授权代为发布。

科技的日新月异不仅给我们带来了便利，也给环境施加了巨大的压力。许多严峻的环境问题在考验着我们，温室效应就是其中之一。当然自然界中也存在温室效应，但不会对温度有太大影响，这就像是一种自然循环。第一次工业革命以来，人类活动向大气中排放了太多的二氧化碳，这种气体很大程度上，阻止了地球热量向外扩散，是造成温室效应的主要原因。如果将二氧化碳转化为高附加值的化学产品，不仅可以利用自然界中廉价而丰富的碳资源合成重要的化工产品，还可以解决二氧化碳在环境中“过量”的问题，而且可以“催生”一系列绿色合成工艺，在环境保护、变革化工原料结构等方面形成良性循环。将二氧化碳看作取之不尽、用之不竭的廉价资源，采用化学方法将其转化为化工原料，从而实现变废为宝，可以有效推动我国碳中和以及碳达标目标的实现。

图1. CO2高效催化转化

多金属氧簇，又称多金属氧酸盐，简称多酸（polyoxometalates，缩写为POMs），是由多个过渡金属原子（Mo、W、V、Nb和Ta等）通过共用氧原子而形成的多面体结构，主要有Keggin型，Dawson型，Silverton型，Lindqvist 型，Wells-Dawson型及Anderson 型等六种结构。自POMs起源发展距今已经近二百年的历史，俨然已经发展成为无机化学的一个重要分支。由于其可在原子水平上进行结构调控及各组成元素具有性能各异的特点， 因而决定了POMs在催化、能源、光学、电学、磁学、药学等各领域具有潜在的应用前景。目前多酸化学已经成为化学、能源、材料及其药学等多学科交叉研究的热点， 其中二氧化碳的资源化利用受到国内外科学家的广泛关注。

图2. 多酸诱导高效降解废弃聚酯类塑料催化转化CO2

我们的研究中通过pH调节策略构建结构稳定、具有良好双功能催化性能的系列多酸诱导高效降解废弃聚酯类塑料POMOFs及多钒氧簇。由此得到的POMs可以作为二氧化碳的环加成和化学战剂降解的强大双功能催化剂。以模拟烟气为例，将二氧化碳高效转化成高附加值的环氧碳酸酯，高达99.5 %，也可以有效将有毒的化学战剂转化为无毒产物，效率高达99.4 %。

图3. 双功能多钒氧簇高效催化二氧化碳转化和化学战剂降解

将二氧化碳转化为高附加值的产品必然是绿色化学发展的方向，也是实现碳中和目标的有效途径之一，多金属氧簇催化二氧化碳资源化利用将为实现碳中和提供强有力的技术支持。

导师简介

黄现强，男，博士，聊城大学教授，硕士生导师，聊城大学光岳英才（二层次），水城最美科技工作者，聊城大学学报青年编委。研究方向多金属氧簇的合成与催化、橡胶助剂绿色合成，二氧化碳资源化利用等。博士毕业于北京理工大学，师从胡长文教授，王博教授。苏州大学博士后，美国南佛罗里达大学访问学者，师从马胜前教授。主持或完成国家自然科学基金2项，山东省自然科学基金面上项目1项，山东省科技发展计划1项，山东省研究生教改项目1项；省部共建国家重点实验室开放课题1项，研究成果在J. Mater. Chem. A， CCS Chem.， Org. Lett.， Chem. Commun.，Eur. Chem. J.等国内外重要学术刊物上发表论文70 余篇，发明专利13项。应用成果鉴定3项，均达到国际先进水平，2021年获山东省科技进步三等奖1项。

作为指导老师带领学生曾经获得iCAN 国际创新创业大赛三等奖、全国环境友好科技竞赛华北赛区一等奖、全国大学生化学实验创新设计大赛华北赛区二等奖、山东省物联网创造大赛一等奖、山东青年创新创业大赛三等奖等多项奖项，指导的研究生连续多人考入中山大学等知名高校继续攻读博士学位。

招生专业：化学

二氧化碳怎么样变废为宝？

二氧化碳有望变废为宝，缓解温室效应

5月9日，最新一期国际学术期刊《自然·纳米技术》的封面文章，介绍了来自中国的重要成果：新型催化剂可把二氧化碳这一温室气体高效转化为清洁液体燃料——甲醇。该成果由中国科学技术大学曾杰教授研究团队完成。

二氧化碳是当今最主要的温室气体，也是一种“碳源”，如果能借助科技手段将其“变废为宝”，不仅能缓解碳排放引发的温室效应，还将成为理想的能源补充形式。

据介绍，在这种新型催化剂中，铂以原子级别分散在载体表面，从而实现了最大化的贵金属原子利用率，有效降低了材料成本。实用化贵金属催化剂的负载量一般在5%以上，然而，过去的制备手段合成的单原子催化剂负载量很低，整体催化效率不高。该项工作中，科研人员将其负载量提高到7.5%，大大加快了单原子催化剂从实验室走向工业界的进程。

科研人员还发现，在二氧化碳加氢制甲醇的反应中，两个近邻铂原子的催化活性远高于两个孤立的铂原子的活性之和。针对这种“1+1>2”的现象，他们创造性地提出了“单中心近邻原子协同催化”这一新概念，颠覆了人们对单原子之间互不干扰的传统认识。

来源人民日报

科学家将二氧化碳人工合成葡萄糖和脂肪酸，这一研究会有哪些影响？

4月28日电（记者张泉）日前，我国科学家独创了一种二氧化碳转化新路径，通过电催化与生物合成相结合，成功以二氧化碳和水为原料合成了葡萄糖和脂肪酸，为人工和半人工合成“粮食”提供了新路径。

科学家将二氧化碳人工合成葡萄糖和脂肪酸，这一研究会有哪些影响？

1、二氧化碳将变废为宝

将二氧化碳人工转化为高附加值化合物，“变废为宝”，是科技界持续攻关的重要领域。我国科学家此前在国际上首次实现了二氧化碳到淀粉的从头合成。二氧化碳除了可以“变”淀粉，还能“变”其他东西吗？这项成果给出了肯定答案。
2、人工合成有机物粮食将有可以实现？

简单有机物的人工合成技术目前已经有了，但应该还不能合成氨基酸；可控核聚变号称“永远的五十年”，实际上我们甚至还不知道仍需要克服多少难关。他们通过电催化结合生物合成的方式，成功将二氧化碳高效还原合成高浓度乙酸，进一步利用微生物可以合成葡萄糖和油脂。

3、未来食物美好祝愿

未来主义者、环保主义者和科学家们对食物的未来都得出了相同的结论：在10年，50年甚至100年的时间里，我们所吃的食物都会渐渐发生变化。全球人口数量正在快速增长，这意味着在下一个世纪有更多人口需要食物。而这会导致某些目前受欢迎的食物可能到时候就不再能提供给所有人，同时也会有一些食物会比现在更受大家欢迎，希望这项发展能继续研究下去。

后记：食物是任何人包括动物植物都需要的，食物的本身都充满这可能性，有可能在未来能作为一个很强有力的工具去串联这一切，它就有机会改变我们怎么去想象人类关系和未来。