二氧化碳等温室气体过量排放，会导致温室效应加剧，进而产生一系列负面影响。含铅、锌等重金属元素的电池废弃后，如不妥善处理，也会对生态环境产生毒害作用。日前，华中科技大学教授夏宝玉团队、中国科学技术大学教授姚涛团队，以及新西兰奥克兰大学教授王子运团队联合研究发现，将废旧电池和温室气体结合起来，能产生“负负得正”的效果。
联合团队使用回收的废电池，将二氧化碳“加工”成具有较高经济价值的化工原料甲酸，实现变废为宝。相关研究成果近日发表于《自然》。
“我们创建了质子交换膜二氧化碳电解系统，让甲酸的生成率超过93%，并能连续稳定运行5000小时以上，在多项指标上打破世界纪录。”论文通讯作者夏宝玉告诉《中国科学报》。
通过二氧化碳电解反应，将其转化为高附加值燃料和化学品，是一条绿色之路。资料显示，二氧化碳电解是在催化剂的作用下，将二氧化碳转化为相关化学制品的技术。在诸多电解产物中，甲酸是一种重要的液体化学原料，在化工、能源、农业等领域有广泛应用。
针对电解环境中各原材料相互“打架”、电解系统寿命短等难题，团队创新性地使用酸性电解液、开发关键催化材料、设计膜电极系统，研发出新型质子交换膜二氧化碳转化系统，显著提升了系统稳定性和二氧化碳转化效率。经过不断尝试，联合团队制备出铅基耐酸腐蚀的二氧化碳还原电催化剂，这种催化剂可以显著抑制酸性电解系统中的析氢现象，并将二氧化碳单一选择性地转化成甲酸，转化效率超过93%。
在解决系统稳定性问题的道路上，研究团队发现，系统中的关键部件质子交换膜常常会被破坏。凭借在能源化学领域深耕多年的研究经验，夏宝玉产生了“以氢气替换水”的想法，让副产物不再产生。这不仅有效避免了质子交换膜被腐蚀，大幅提高稳定性和使用寿命，还极大减少了系统的耗电量，产生了意想不到的效果。
通过这项技术，从二氧化碳到燃料、从燃料到二氧化碳、从二氧化碳再到燃料，我们构建了一个人工的碳循环。夏宝玉说，“我们所做的研究有助于解决废旧电池处理这个老大难问题，有助于国家‘双碳’战略目标的实现。”