利用大氣中的CO2制備碳納米纖維

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利用大氣中的CO2制備碳納米纖維

CO2是大氣中含量最多的人為排放的溫室氣體。長期以來，很多科學家和政府官員都致力于尋找轉換CO2的技術，這不僅涉及氣候變化問題，更是一個具有商業研究價值的問題。碳納米纖維作為一種材料資源，由于具有良好的強度、導電性、柔韌性與耐用性，發展潛力巨大，但由于合成的復雜性與成本問題，其應用受到很大限制。在美國波士頓召開的美國化學學會(ACS)2015年秋季會議上，華盛頓大學的Stuart Licht教授團隊提出了一項新技術，該技術能夠將大氣中的CO2直接轉換成具有很高工業應用價值的碳納米纖維(CNF)及其消費品。

這種新型的高轉化率(80%～100%)技術采用2個電極在高溫下熔融碳酸鋰，在電壓低于1 V的750 ℃高溫環境下，碳納米纖維(圖1)逐漸生成。在受熱并受到由鎳和鋼組成的電極的電流作用下，CO2溶解，碳納米纖維會在鋼電極上生長并可移去。整個反應除碳外，沒有其他廢棄產物。唯一的副反應物是O2和熔融態的氧化鋰，氧化鋰將與CO2反應生成碳酸鋰并持續反應。整個試驗所需的電和熱都由一個非常高效的太陽能系統提供。該系統將太陽光集中在一個光伏太陽能電池上，產生電，再通過另一系統產生熱能，從而提高電解池的溫度。

圖1　試驗制備的碳納米纖維

據稱,類似的碳納米纖維售價約為25 000美元/t，而通過新技術獲得的碳納米纖維的預計售價僅為1 000美元/t。

目前該系統還處于實驗室階段，課題組正嘗試將碳納米纖維的產量提高至10 g/h，但擴大到工業化規模還需等待。另外，該技術還存在一個很大的缺陷：即制得的納米纖維長度太小，僅約200 μm，在很多領域都無法應用。若要將其制成長纖維還需進一步的研究。但Licht教授相信該技術可以得到提升與拓展。

鐘曉慧 譯王依民 校