研究人员探索更高效的二氧化碳-甲醇转化模式  

Solar photoelectrosynthesis of methanol was driven on hybrid CuO–Cu₂O semiconductor nanorod arrays for the first time at potentials 800 mV below the thermodynamic threshold value and at Faradaic efficiencies up to 95%. The CuO–Cu₂O nanorod arrays were prepared on Cu substrates by a two-step approach consisting of the initial thermal growth of CuO nanorods followed by controlled electrodeposition of p-type Cu₂O crystallites on their walls. No homogeneous co-catalysts (such as pyridine, imidazole or metal cyclam complexes) were used contrasting with earlier studies on this topic using p-type semiconductor photocathodes. The roles of the core–shell nanorod electrode geometry and the copper oxide composition were established by varying the time of electrodeposition of the Cu₂O phase on the CuO nanorod core surface.

     据物理学家组织网（Phys.org）2013年2月19日报道，美国德克萨斯大学阿灵顿分校（The University of Texas at Arlington）的研究人员研究出一种可以经过一种纳米线状催化剂（CuO-Cu₂O），在太阳光作用下即可将CO₂转化为液体甲醇燃料。而纳米线状催化剂的制作过程只需要两步，是在纳米CuO线的外层包裹一层纳米Cu₂O，构成类似于图示的CuO-Cu₂O混合型纳米线状催化剂。甲醇的太阳能光电合成反应是受复合CuO-Cu₂O半导体纳米棒阵列催化，首次以低于热力学阈值的800 mV电位，使法拉第效率达到95%。CuO-Cu₂O的纳米棒阵列是在铜基质基础上，经由两步制成的。初始是CuO纳米棒的热生长，紧随其后的是p型Cu₂O微晶受控电沉积在CuO纳米棒表面上。使用不均匀助催化剂如吡啶、咪唑或金属环拉胺配合物等，与以前该课题的研究使用p型半导体光电阴极相比较截然不同。核壳结构的纳米棒电极几何形状和铜氧化物组成的作用，是随着CuO纳米棒表面的Cu₂O相电沉积时间而变。

该工艺与以前的方法相比较，更安全、更简单和成本更加低廉。此研究成果已经在《化学通讯》（Chemical Communications）杂志发表，研究人员开始通过在氧化铜（CuO）纳米棒的外壁涂上其他形式的铜氧化物微晶如Cu₂O。研究人员在实验室里将这些纳米棒淹没在富含二氧化碳水基溶液中。用模拟阳光照射，引起了CO₂光电化学还原反应发生，而且产生了甲醇。与此相反，当前将CO₂转化为甲醇的方法需要使用助催化剂，而且必须在高压和高温条件下才有可能进行反应。催化剂的使用中有不少是有毒元素如镉（Cd）或者是稀有元素如碲（Te）。

只要我们使用化石燃料，我们就不得不考虑如何回收和利用CO₂，当然对于温室气体CO₂的回收和利用技术当中，将其转化为液体燃料就是一个特别引人注目的选择，它不仅仅是有利于环境保护，减少温室气体排放量，更为重要的是可以带来增值效益。美国德克萨斯大学阿灵顿分校和匈牙利塞格德大学（University of Szeged）的研究人员合作最近在《化学通讯》（Chemical Communications）杂志发表他们的研究成果——"Efficient solar photoelectrosynthesis of methanol from carbon dioxide using hybrid CuO-Cu₂O semiconductor nanorod arrays" ，Ghazaleh Ghadimkhani ,  Norma R. de Tacconi ,  Wilaiwan Chanmanee ,  Csaba Janaky and Krishnan Rajeshwar. Chemical Communications，2013, 49，1297-1299. DOI: 10.1039/C2CC38068D。

德克萨斯大学阿灵顿分校主管科研的副校长Carolyn Cason说道：应对未来的能源需求和寻找遏制温室气体的有害影响的方法不仅仅是阿灵顿地区应该关注的问题,整个美国乃至全世界的科学家都在关注，并致力于坚持不懈的努力。我们希望我们的实验室解决方案为其深入研究已经开启了一个良好的开端。因为利用CuO-Cu₂O半导体纳米棒阵列作为催化剂的CO₂还原反应形成液体甲醇燃料具有95%电化学效率，并避免了其他的方法多余的能量输入即超电势问题。

德克萨斯大学阿灵顿分校最近退休的研究型副教授Tacconi认为, 选择的两种类型的铜氧化物因为都是具有光活性的,而且它们对于太阳能光吸收有互补性。这可能就是为什么使用CuO-Cu₂O半导体纳米棒阵列作为催化剂，利用阳光使CO₂发生还原反应形成液体甲醇燃料效果更佳的原因所在。甲醇除了可以作为燃料之外,它还可以广泛用于化学过程,包括生产塑料、粘合剂、溶剂以及废水处理等。在美国,有18个甲醇生产厂，累积年产超过26亿加仑。

CuO-Cu₂O半导体纳米棒阵列催化剂的制备可以参考：Supplementary information（PDF 346K)