迈向可持续发展将二氧化碳和水转化为乙炔

实现可持续发展是当今人类最紧迫的挑战之一，也是最困难的挑战之一。为了尽量减少我们对环境的影响并开始恢复人类已经造成的损害，努力在尽可能多的经济活动中实现碳中和至关重要。不幸的是，许多重要化学品的合成仍然会导致高碳排放。

乙炔(C2H2)就是这种情况，它是一种具有多种应用的重要碳氢化合物。这种高度易燃气体用于焊接、工业切割、金属硬化、热处理和其他工业过程。此外，它还是生产合成树脂和塑料(包括聚氯乙烯)的重要前体。由于C2H2的生产需要化石燃料作为原料，因此迫切需要一种更加环保的合成路线。

在此背景下，同志社大学和日本大金工业株式会社之间的学术界与工业界合作的研究小组一直在开发一种新的、有前景的策略，利用二氧化碳(CO2)和水生产C2H2(H2O)为原料。

图片来源：ACS可持续化学与工程(2024)。DOI：10.1021/acssuschemeng.3c08139

所提出的方法基于通过使用高温熔盐(即氯化物熔体)将CO2电化学和化学转化为C2H2。该过程的一个关键方面是它利用金属碳化物作为转化的关键点，金属碳化物是由碳原子和金属原子组成的固体。

“在我们的策略中，CO2首先转化为金属碳化物，例如CaC2和Li2C2，它们沉积在其中一个电极上，”Suzuki博士解释道。“然后，这些金属碳化物与H2O反应，产生C2H2气体。”

为了通过这种方法实现更高的能源效率，该团队必须测试各种配置，包括不同的电极材料和熔盐成分。经过一系列综合实验，包括循环伏安法、碳结晶度分析和X射线衍射，他们确定在CO2气氛中用额外的CaCl2饱和的NaCl−KCl−CaCl2-CaO熔体产生了最好的结果。这种特殊的熔体导致在阴极周围选择性地形成CaC2，这比包含锂的熔体取得了更好的结果。

与传统的C2H2合成途径相比，这种创新策略具有重要优势。首先，电极可以在简单的修复处理后重复使用，因为所需的反应发生在沉积的金属碳化物上，而不是直接发生在电极表面上。另一个优点，也许是最显着的，是直接使用CO2作为原料来生产工业上有用且有价值的化学品。

“所提出的方法代表了一种有前途的技术，可以在不依赖化石燃料的情况下实现可持续的资源和能源循环，”后藤教授说。“将来，这种技术可以通过从空气中提取二氧化碳并将其用作原材料，特别是与直接空气捕获过程相结合，用作碳负排放技术。”

幸运的是，对这种令人兴奋的方法的进一步研究将带来经济和环境上可行的方法，利用CO2生产重要的树脂和化学品，为可持续社会铺平道路。最终，这些努力将使我们能够与环境和谐相处，同时保持现代生活方式的许多积极方面。

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