在任何一天，超过200万磅的二氧化碳被从工厂泵入大气，汽车和卡车的排放以及煤和天然气的燃烧发电。
对于许多人来说，这是一个引起环境关注的原因，但对于王浩天来说，它是完美的原材料。
作为哈佛大学罗兰研究所的研究员，王和他的研究团队已经开发出一种系统，该系统利用可再生电力将二氧化碳电化学转化为一氧化碳 - 一种用于任何工业过程的关键商品。从太阳光到CO的能量转换效率可高达12.7%，比自然光合作用高出一个数量级。该装置在最近发表于Chem。
“基本上，这是一种人工光合作用，”王说。“在植物中，太阳光，CO 2和水成为糖和氧。在我们的系统中，输入是太阳光，CO 2和水，我们产生CO和氧气。”
这种反应发生在一个不起眼的设备上，几乎与智能手机一样大，包括两个由离子交换膜隔开的充满电解质的腔室。
在一个地方，由可再生能源驱动的电极将水分子氧化成氧气并释放质子。这些质子移动到另一个室 - 在精心设计的金属单原子催化剂的帮助下 - 它们与二氧化碳分子结合，产生水和一氧化碳。
“挑战在于，大多数已知的催化剂都会产生氢气，”王说。“所以这是困难的，当你分解水，以防止这些质子的结合在一起，形成氢气。我们需要的是能够防止析氢，而是可以有效的质子注入二氧化碳的催化剂2，因此实现了高选择性CO 2减少“。
不幸的是，两种最着名的催化剂是金和银 - 贵金属，其成本非常高，使反应成本大规模。
“所以我们开始研究低价材料，如镍，铁和钴，这些材料都是地球上丰富的，”昆江说，他是王群的博士后研究员，也是这项工作的第一作者。“但问题是它们都是非常好的氢催化剂，所以他们想生产氢气。
此外，他们都可以很容易地通过一氧化碳中毒，”他补充说，‘即使你设法利用它们来减少二氧化碳2非常强烈，产生的CO键的表面，防止发生任何进一步的反应。’
为了解决这些问题，王和他的斯坦福大学合作者，崔翠教授和JensNørskov教授开始着手“调整”金属的电子特性。来自Nørskov教授的科学家Samira Siahrostami博士通过原子尺度模拟合理化了活性位点的性质，并发现将镍金属分散到孤立的单个原子中，这些原子被困在石墨烯空位中，产生了一种渴望与之反应的物质。二氧化碳，并愿意释放所产生的一氧化碳。
王说，这种一氧化碳可以用于许多工业过程。
“一氧化碳是一种非常重要的工业产品，”王说。“它可以用于塑料生产，制造碳氢化合物产品或者可以作为燃料本身燃烧。它广泛用于工业中。”
但最终的希望是，有朝一日，该系统可以扩大到足以从大气中清除二氧化碳，以对抗全球气候变化。
“基本思想是，如果我们可以捕捉现有CO 2，并使用可再生电力，从太阳能或风力发电，将其降低成有用的化学物质，” Wang说“那么我们可以可能形成碳环”。
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