“我们已经发现第一种金属催化剂可以在室温和压力下从一氧化碳中产生大量的乙醇-这是一种众所周知的难以进行的电化学反应，”斯坦福大学化学助理教授，自然研究的合着者MatthewKanan说。

今天大多数乙醇是在高温发酵设施中生产的，这些设施将玉米，甘蔗和其他植物化学转化为液体燃料。但种植生物燃料的作物需要数千英亩的土地和大量的肥料和水。在美国的一些地方，生长一蒲式耳的玉米需要800多加仑的水才能生产出大约3加仑的乙醇。

由Kanan和斯坦福大学研究生ChristinaLi开发的新技术不需要发酵，如果按比例扩大，可以帮助解决当今乙醇生产中的许多土地和水利用问题。“我们的研究证明了通过电催化制备乙醇的可行性，”卡南说。“但我们还有很多工作要做，才能制造出实用的设备。”

新型电极

两年前，Kanan和Li创造了一种由他们称为氧化物衍生铜的材料制成的新型电极。他们使用术语“氧化物衍生的”，因为金属电极是由氧化铜制成的。

“传统的铜电极由单独的纳米颗粒组成，只是彼此叠加，”卡南说。“另一方面，氧化物衍生的铜是由铜纳米晶体制成的，它们都是在连续的网络中以明确的晶界连接在一起。将氧化铜转化为金属铜的过程创造了纳米晶体网络。”

对于Nature研究，Kanan和Li建造了一个电化学电池-一种由两个电极组成的装置，放置在饱含一氧化碳气体的水中。当在常规电池的电极上施加电压时，电流流动并且水在一个电极(阳极)处转换成氧气，而在另一个电极(阴极)处转换成氢气。挑战在于找到一种将一氧化碳还原为乙醇而不是将水还原为氢的阴极。

“大多数材料都不能减少一氧化碳，只能与水发生反应，”卡南说。“铜是唯一的例外，但传统的铜效率非常低。”

在Nature实验中，Kanan和Li使用由氧化物衍生的铜制成的阴极。当施加小电压时，结果是显着的。

“氧化物衍生的铜产生乙醇和乙酸盐，具有57%的法拉第效率，”卡南说。“这意味着57%的电流来自一氧化碳生产这两种化合物。我们很兴奋，因为这比传统铜催化剂的效率提高了10倍以上。我们的模型表明氧化物中的纳米晶网络衍生的铜对于实现这些结果至关重要。“

碳中和

斯坦福大学的团队已经开始寻找创造其他燃料的方法，并提高整个过程的效率。“在这个实验中，乙醇是主要产品，”卡南说。“丙醇实际上是比乙醇更高的能量密度燃料，但目前还没有有效的方法来生产它。”

在实验中，Kanan和Li发现略微改变的氧化物衍生的铜催化剂产生丙醇，效率为10%。该团队正在努力通过进一步调整催化剂的结构来提高丙醇的产率。

最终，Kanan希望看到由太阳能，风能或其他可再生资源供电的催化电池的放大版本。

对于碳中和过程，科学家们必须找到一种新方法，用可再生能源制造一氧化碳，而不是化石燃料，这是今天的主要来源。卡南设想从大气中吸收二氧化碳(CO2)产生一氧化碳，而后者又会被送入铜催化剂制造液体燃料。在燃料燃烧过程中释放到大气中的二氧化碳将被重新用于制造更多的一氧化碳和更多的燃料-一种闭环，无排放的过程。

“已经存在将二氧化碳转化为一氧化碳的技术，但缺少的是将一氧化碳有效转化为有用的燃料，这种燃料是液体，易于储存和无毒，”卡南说。“在我们的研究之前，有一种感觉，没有催化剂可以有效地将一氧化碳还原成液体。我们有一个解决方案来解决这个由铜制成的问题，这种方法既便宜又丰富。我们希望我们的结果能激发其他人的工作。我们的系统或开发一种将一氧化碳转化为燃料的新催化剂。“