化学家已经开发出一种纳米级结构，该结构结合了铜、金和银，可作为化学反应中的优质催化剂，如果碳捕获和利用工作要成功帮助缓解全球变暖，改善性能将是必不可少的。

一项描述该过程的研究发表在3月15日的《纳米研究》杂志上。

面对气候变化挑战，政策制定者近年来越来越关注碳捕集和利用(CCU)，其中CO2从大气中抽取，然后用作工业化学品(如如一氧化碳、甲酸、乙烯和乙醇)或用于生产碳中性合成燃料(特别适用于难以电气化的运输部门，如长途航空和航运)。只要后一个过程由清洁电力驱动，它还提供了一种长期储存可再生能源的方法——克服风能和太阳能等能源选择间歇性的圣杯。

实现这一切的一种可能方法是通过称为电化学CO2还原反应(eCO2RR，或简称为ECR)的化学反应。这通过将CO2的碳原子与氧原子分离，利用电力将气体转化为其他可用物质。水还可以在某些种类的ECR中提供氢“供体”，由此碳原子与氢结合以产生各种碳氢化合物或醇。

ECR的关键是使用正确的催化剂或化学物质，其结构和电荷使其能够启动或加速化学反应。根据所需的最终产品，各种不同的金属已被用作催化剂。仅使用一种金属的催化剂包括用于生产甲酸的锡、用于生产一氧化碳(CO)的银以及用于生产甲烷、乙烯或乙醇的铜。

然而，当ECR与水的电化学分裂中的氢原子与其自身配对而不是与碳原子结合的趋势竞争时，该过程的性能可能会受到限制。这种竞争可能导致生产(或“选择”)一种不同于预期的化学最终产品。因此，化学家们长期以来一直在寻找具有高“选择性”的催化剂。

最近，研究人员不再仅仅使用单一金属作为催化剂，而是转向使用异质结构，这种结构结合了两种不同的材料，这些材料的组合特性会产生与单独的任何一种材料不同或更好的结果。

已针对ECR测试的一些异质结构包括将银和钯组合成树枝状(AgPd“纳米枝晶”)，以及两种金属的各种其他组合，呈三明治状、管状、金字塔形和其他形状。研究人员在包含铜的双金属异质结构方面取得了相当大的成功——铜非常擅长将CO2转化为使用两个碳原子的产品。这些双金属异质结构包括银铜(AgCu)、锌铜(ZnCu)和金铜(AuCu)，后者对甲烷、C2和一氧化碳具有特别的选择性。

天津大学纳米化学家、该研究的合著者张志成说：“我们认为，如果两种金属产生了良好的结果，那么三种金属可能会更好。”

因此，研究人员构建了一种三金属纳米结构，它结合了金、银和铜，并且在形式上是不对称的。可以通过涉及多个步骤的生长方法来改变三种金属的形状和精确比例。具体来说，首先合成金“纳米锥体”并用作“种子”，用于随后生长涉及不同比例的三种金属的各种三金属结构。

他们发现，由于其异质结构设计的独特形式，并且通过改变这三种金属的比例，他们可以仔细调整对不同C2基产品的选择性。尤其是乙醇(C2H6O)的生产通过使用异质结构而最大化，该异质结构具有金和银各一个原子与五个铜原子结合的进料比。

这项工作为在ECR开发中开发其他三金属纳米材料制定了有前景的战略。