激光技术的进步为更清洁的燃料和能源开辟了新的前景

科学家们已经开发出一种激光技术，可以为未来的清洁燃料和能源技术开辟道路。

我们迫切需要环境友好且可持续的方式来替代化石燃料、石油和天然气。二氧化碳（CO2）是所有依赖化石燃料的活动和来源产生的大量废弃物。每年约有350亿吨二氧化碳作为废弃物排放到地球大气层中，这些废弃物来自全球各地的发电厂、车辆和工业设施。为了减轻二氧化碳对全球气候的影响，这些被浪费的二氧化碳可以转化为可用的能源，例如一氧化碳和其他高能量来源。例如，二氧化碳与水反应生成富含能量的氢气，氢气与氢气反应生成有用的化学品，例如碳氢化合物或醇类。这些产品可以用于各种用途，并且可以在全球范围内进行工业化生产。

电催化剂是参与电化学反应的催化剂——当发生化学反应但也涉及电力时。 例如，正确的催化剂可以帮助氢气和氧气以受控方式反应生成水，否则它只是两种气体的随机混合物。 甚至通过燃烧氢气和氧气来发电。 电催化剂可以改变或增加化学反应的速率，而不会在反应中消耗它们。 在 CO2 的背景下，电催化剂在实现 CO2 减排的效率“阶跃变化”方面被认为是相关且有前景的。

不幸的是，这些电催化剂如何工作的确切机制尚不完全清楚，区分短寿命中间分子层与溶液中非活性分子的“噪音”仍然是一个重大挑战。 这种对机制的有限理解给电催化剂设计的任何可能改变带来了困难。

英国利物浦大学的科学家们在《自然·催化》杂志上发表的一项研究中，展示了一种基于激光光谱技术的原位电化学还原二氧化碳的方法。他们首次将振动和频光谱（VSFG）与电化学实验相结合，用于研究一种被视为极具潜力的二氧化碳还原电催化剂的催化剂（Mn(bpy)(CO)3Br）。他们首次观察到了反应催化循环中存在时间极短的关键中间体的行为。VSFG技术能够追踪催化循环中即使是寿命极短的物种的行为和运动，从而帮助我们理解电催化剂的工作原理。因此，我们得以了解电催化剂在化学反应中的确切作用机制。

这项研究深入揭示了一些复杂的化学反应路径，并有助于我们设计新型电催化剂。研究人员正在探索如何提高该技术的灵敏度，并开发一种新的检测系统以获得更高的信噪比。这种方法有望为高效清洁燃料的开发开辟新途径，并挖掘清洁能源的更多潜力。最终，该工艺需要进行工业规模化生产，才能在商业层面实现更高的效率。处理化石燃料燃烧电厂产生的大量二氧化碳需要工业技术的进步。

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来源（S）

Neri G 等人，2018。利用储量丰富的催化剂检测二氧化碳还原过程中电极表面的催化中间体。《自然催化》。https ://doi.org/10.17638/datacat.liverpool.ac.uk/533

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