近年來，全世界的研究人員一直在探索生產(chǎn)乙醇的新方法，乙醇是一種廣泛用于各種工業(yè)環(huán)境的化合物。生產(chǎn)該化合物的一種方法是通過所謂的二氧化碳電還原反應(yīng)(CO 2 RR)。盡管已經(jīng)發(fā)現(xiàn)該特定反應(yīng)能夠使CO 2轉(zhuǎn)化為乙醇，但是所得乙醇的法拉第效率和電流效率通常遠非最佳。法拉第效率實質(zhì)上是電子轉(zhuǎn)移所用的電荷效率，并被用于合成所需的化學(xué)產(chǎn)物，在這種情況下為乙醇。

多倫多大學(xué)研究人員最近發(fā)明了一種策略，使CO的更有效的轉(zhuǎn)換2為乙醇通過脫氧中的CO的抑制2 RR反應(yīng)。在發(fā)表于《自然能源》上的論文中，他們提出使用特定種類的催化劑來生產(chǎn)乙醇，其法拉第效率為(52±1)%，陰極能效為31%。

多倫多大學(xué)泰德·薩金特(Ted Sargent)小組的研究人員之一王雪博士(Sue Wang)博士說：“我們的項目的目標是在CO 2 RR反應(yīng)下提高乙醇的選擇性及其生產(chǎn)率。”研究，告訴TechXplore。“要確定如何選擇有利于乙醇的產(chǎn)品，我們首先需要考慮乙醇和乙烯(其主要競爭產(chǎn)品)之間的分支。”

乙醇和乙烯共有一個中間體衍生物，稱為HOCCH *。通過CO 2 RR反應(yīng)比乙烯更有利于生產(chǎn)乙醇的關(guān)鍵因素是抑制HOCCH *中CO鍵的斷裂。

薩金特教授和他的同事設(shè)計了一組催化劑，通過一種稱為濺射沉積的方法，在銅上涂了氮摻雜碳(NC / Cu)。他們設(shè)計的催化劑利用了這樣的事實：抑制HOCCH *中的脫氧促進了乙醇的產(chǎn)生，而不是乙烯的產(chǎn)生。

Ted Sargent教授對TechXplore表示：“電子顯微鏡顯示出Cu和NC層之間的間隙寬度通常小于1 nm;這些間隙在CO 2 RR中起納米反應(yīng)器的作用。” “借助計算和模擬以及原位拉曼和X射線吸收，我們發(fā)現(xiàn)NC層的限制在Cu催化劑的頂部提供了強大的給電子能力，并有助于CC偶聯(lián)，同時抑制了C的脫氧。中間體HOCCH *轉(zhuǎn)化為乙烯。”

Sargent教授，Wang博士及其同事設(shè)計的NC / Cu催化劑的獨特性能以更有效的方式提高了對乙醇的選擇性。使用這些催化劑，研究人員在156 mA cm -2的分電流密度下以創(chuàng)紀錄的52%的法拉第效率實現(xiàn)了CO 2到乙醇的轉(zhuǎn)化。

王博士說：“在流通池和膜電極組裝系統(tǒng)中，乙醇的相應(yīng)陰極能效(EE)和全電池EE分別達到31%和16%。” “因此，我們的研究提供了一個新的平臺，以提高高生產(chǎn)率的CO 2 RR中高能量密度乙醇的選擇性。”

這組研究人員推出的新催化劑可以使大規(guī)模大規(guī)模生產(chǎn)乙醇更加有效。利用位于多倫多的團隊的電解器方法生產(chǎn)的可再生乙醇具有取代現(xiàn)有生產(chǎn)乙醇的技術(shù)的潛力，從而導(dǎo)致具有更大碳足跡的化合物。

當今乙醇的最大應(yīng)用是作為發(fā)動機燃料和內(nèi)燃機中的燃料添加劑。例如，在美國，E10(10%的乙醇，有時也稱為汽油)和E85(85%的乙醇)乙醇/汽油混合物都被廣泛銷售。結(jié)果，今天全球乙醇市場超過$ 30B USD /年。