最新开发的催化剂，可将温室气体再循环为可用于燃料、氢气和其他化学物质的成分。图片：韩国科学技术高等研究院（KAIST）

科学家们已经通过开发一种持久、经济的催化剂，朝着循环碳经济迈出了重要的一步，该催化剂将温室气体再循环为可用于燃料、氢气和其他化学物质的成分。研究人员称，在逆转全球变暖的努力中，这一结果可能是革命性的。该研究于2月14日发表在《科学》杂志上。

“我们的目标是开发一种可以转换大量的温室气体：二氧化碳和甲烷的长期有效催化剂。” 论文作者卡弗·T·亚武兹（Cafer T. Yavuz）说，他是及在KAIST化学和生物分子工程学副教授。

该催化剂由廉价且丰富的镍、镁和钼制成，可引发并加快将二氧化碳和甲烷转化为氢气的反应速率。催化剂在每小时每单位质量催化剂60升的反应性气流下以超过60升的速度连续运行850小时以上，没有发现焦化现象。

这种转换称为“干重整”，处理诸如二氧化碳之类的有害气体以产生更多有用的化学物质，这些化学物质可以精炼用于燃料、塑料甚至药物。这是一个有效的过程，但是以前需要稀有且昂贵的金属（例如铂和铑）来引发短暂而且低效的化学反应。

其他研究人员此前曾提出将镍作为一种更经济的解决方案，但会生成碳副产物，并且表面纳米粒子会在便宜的金属上结合在一起，从根本上改变了催化剂的组成和几何形状，并使其变得无用。

亚武兹说：“困难在于缺乏对庞大催化剂表面活性位点的控制，因为任何精炼方法也会改变催化剂本身的性质。”

研究人员在还原环境下，在单晶氧化镁的存在下，生产了镍钼纳米粒子。当成分在反应气体下加热时，纳米粒子在原始晶体表面移动，寻找锚点。所得的活化催化剂密封了其自身的高能活性位点，并永久固定了纳米颗粒的位置，这意味着镍基催化剂将不会积碳，而且表面粒子也不会彼此结合。

KAIST化学与生物分子工程学系的研究生，第一作者宋永东（Youngdong Song）说：“我们花了将近一年的时间才了解其基本机理。当我们详细研究了所有化学事件，我们被惊呆了。”

研究人员将其称为单晶边缘的催化剂纳米催化剂（NOSCE）。氧化镁纳米粉来自精细结构形式的氧化镁，其中分子连续结合到边缘。表面没有断裂或缺陷，可进行均匀且可预测的反应。

亚武兹说：“我们的研究解决了催化剂行业面临的许多挑战。我们相信，NOSCE机制将改善其他低效的催化反应，并进一步节省温室气体的排放。”