作者 李传福 史湘绮
随着全球气候变化问题日益严峻，如何有效利用二氧化碳成为了科学研究的重要课题。此前，中国科学家实现了将二氧化碳合成淀粉。最近，科学家在《自然合成》杂志上发表了另一项突破性的研究，展示了一种将二氧化碳转化为生物塑料的创新方法。
电化学二氧化碳还原反应是一种利用可再生能源产生的电力将二氧化碳转化为高价值产品的技术。这种方法不仅可以减少大气中的二氧化碳浓度，还能生产出如乙酸、乙醇和正丙醇等有用的化学品。然而，当目标是生产碳链长度超过四个碳的产品时，这一过程变得更加复杂。
生物合成系统能够将二氧化碳或其衍生物转化为长链碳燃料和化学品，如正丁醇和聚酯。但是，当这些系统直接以二氧化碳或低品质二氧化碳还原反应的产品为原料时，它们的能源效率和碳利用率可能会降低，这限制了这些过程的经济和实际可行性。
为了克服这些挑战，科学家们提出了一种电化学二氧化碳还原反应与生物合成优化集成的方法。这种方法可以高效地将二氧化碳转化为更长、更高价值的碳产品。乙酸是一种理想的碳源，因为它可以被细菌在生物反应器中高效地转化为高价值产品。
在这项研究中，科学家们开发了一种多孔固体电解质反应器，它能够产生高选择性和无电解质的醋酸酯。这种反应器与生物合成系统偶联，可以生成聚羟基丁酸生物塑料。这种生物塑料是一种可降解的塑料，对于减少塑料污染具有重要意义。
反应器集成平台示意图 来源：《自然合成》
这种集成平台的关键创新在于能够在生物相容性电解质介质中产生乙酸盐，乙酸盐直接用于生物合成过程生产聚羟基丁酸生物塑料，从而实现两个系统的无缝集成，无需额外的分离或pH调整步骤。研究中使用了一种银掺杂的氧化亚铜纳米立方体催化剂，它在电催化反应中表现出高选择性地生成乙酸盐的能力。在电化学还原过程中，乙酸盐的选择性生成是通过优化的银掺杂氧化亚铜催化剂实现的。
这项研究提供了一种将二氧化碳转化为有用化学品和材料的新方法。通过电化学二氧化碳还原反应与生物合成的集成，科学家们不仅提高了二氧化碳的利用效率，还为生产可持续的生物塑料提供了一种有效的途径。这项技术的成功展示了跨学科合作在解决全球性问题中的潜力，为我们提供了一种新的视角来看待二氧化碳——它不仅是气候变化的罪魁祸首，也可以成为制造有用产品的重要原料。随着技术的进一步发展和优化，我们有望看到更多创新的二氧化碳利用方法，为实现绿色可持续发展做出贡献。
