这项新技术能直接在源头处，甚至能从稀薄的空气中，将日常碳排放转化为一种有用的化学物质。

家用炉灶、壁炉及工业设施排放的废气将二氧化碳（CO₂）释放至大气中，加剧了气候污染。今日（1月21日）发表于《美国化学学会能源快报》的研究显示，科学家研发出一种新型电极，能够从空气中捕获二氧化碳，并即刻将其转化为一种名为甲酸的有用化学物质。实验室测试表明，在接触模拟烟道气时，甚至在二氧化碳浓度与普通室外空气相当的条件下，该系统的性能均优于现有电极设计。

该研究论文的通讯作者崔元勇（Wonyong Choi，音译）解释道：“这项研究表明，碳捕获与转化无需分步进行。通过将这两种功能集成于单一电极，我们展示了一种在真实气体条件下利用二氧化碳的更简捷途径。”

为何二氧化碳转化如此具有挑战性

从空气中去除二氧化碳，乍听之下或许颇为简单——毕竟，植物每日都在进行此举。然而，真正的挑战接踵而至。将捕获的二氧化碳转化为有用之物，虽困难重重，却是碳捕获技术得以广泛应用的关键所在。在现实世界的工业废气中，二氧化碳与大量其他气体混杂，包括氮气和氧气。大多数现有的转化系统，仅在二氧化碳已被纯化并浓缩后才能高效运作，而这无疑增加了成本与复杂度。

为突破这一局限，潘东来、吴明焕、崔元勇及其同事着手构建一套可在现实条件下同时捕获并转化二氧化碳的系统。他们的目标是研制出一种可直接处理烟道气的装置，即便在二氧化碳浓度极低时仍能保持高效运行。

三层电极设计

研究人员设计出一种电极，该电极能让气体从中流过，同时捕获二氧化碳并进行转化。该装置由三层不同结构组成：一层可选择性捕获二氧化碳的材料、一张透气碳纸，以及一层由四氧化锡制成的催化层。这些部件协同作用，可实现二氧化碳气体直接转化为甲酸。

甲酸是一种极具价值的化学物质，广泛应用于燃料电池及其他工业流程之中。若能直接从废气中制取甲酸，将使碳循环利用变得更为切实可行。

现实条件下的卓越表现

在以纯二氧化碳进行测试时，新电极在相似的实验室条件下展现出了比现有碳转化电极高出约40%的效率。当研究人员转而使用由15%二氧化碳、8%氧气和77%氮气组成的模拟烟道气进行测试时，差异变得更为显著。在此条件下，新系统持续生成大量甲酸，而其他方法则几乎无法生成。

该电极在二氧化碳浓度与大气中相近的环境下也能正常工作，表明其可在环境空气中运行。研究人员表示，这种方法能让碳捕获技术在工业应用中更具可行性。他们还提出，类似的装置设计或许有朝一日能用于捕获和转化其他温室气体，例如甲烷。

参考文献：潘东来（Donglai Pan）、杨在延（Jaeyeon Yang）、德夫塔德·维迪亚萨加（Devthade Vidyasagar）、权大荣（Dayoung Kwon）、乌尔夫·穆利安（Ulfi Muliane）、具根浩（Geun Ho Gu）、金宇律（Wooyul Kim）、金正民（Jeongmin Kim）、吴明焕（Myoung Hwan Oh）和崔元永（Wonyong Choi）所著《利用耐氧多孔碳修饰气体扩散电极对稀薄二氧化碳进行一体化捕获与转化》，发表于2026年1月21日《美国化学学会能源快报》（ACS Energy Letters）。DOI：10.1021/acsenergylett.5c03504

作者感谢韩国国家研究基金会的资助。