江蘇雷射聯盟導讀：大自然的樹葉可以將CO2轉化為有用的燃料,如果人造樹葉也能實現這一功能,那麼我們又何懼CO2的排放。來自Switzerland的最新的研究進展表明，在Cu合金表面製備雷射微結構化的結構，可以大大提升CO2電解還原的Cu催化劑的效率和選擇性。這一發現為實用化的人造樹葉邁出了重要的一步。
研究背景:
隨著CO2排放的日益增多，環境日益惡化，減少CO2的排放是全世界共同發展的一個方向。減少排放是一方面，但另外一個重要的發展方向就是將排放的CO2轉換成有用的化合物，從而促成碳的循環。
大自然擁有一些奇妙的科技。葉子就是能將一種形式的能量轉化為另一種的神奇機器：葉子吸收二氧化碳和水分，並利用陽光將其轉化為有益的碳水化合物。
光合作用示意圖 來自：光年說
多年來，科學家們一直試圖模仿光合作用。世界各國能源方面的科學家們已經製造出一種「人造葉子」，能夠將二氧化碳轉化為燃料，從而在應對氣候變化的競賽中可能「改變遊戲規則」。這項新技術的靈感來自於植物利用光合作用將二氧化碳轉化為氧氣和葡萄糖的方法，合成葉模仿這個過程，在便宜的氧化亞銅粉末的幫助下，產生甲醇和氧氣。但目前這種技術由於還原時周邊CO2濃度的變化而使得效率低下。並不能像樹葉一樣主動吸收大氣中的CO2。
研究進展:
通過電催化還原，製備出附加值更高的Cu基催化劑是目前各國競相研究的一個熱點。通過有限的控制來實現產品的分布。當前，從定性的角度出發，我們已經知道採用電極催化的辦法極大的受到環境的影響，尤其是電極周邊的環境。但是如何深入了解這一作用過程中的機理，對於將這一技術實現有效的轉化，對材料和工藝優化的有效設計均是非常重要的環節。
通過超短脈衝雷射在Cu電極表面製備出一定輪廓的微結構的實驗研究和數值模擬，來自Switzerland的學者量化研究了產品分布時的電極周邊的環境、選擇生產的預測圖可以精確的預測影響操作生產的關鍵操作過程。為工程設計能源電池和化學催化產品提供了一個強有力的支撐。這一研究的問世，相當於人工製造的樹葉就可以真正問世工作了。
該技術突出的進步：
目前對於電催化還原CO2製備出高附加值的產品時周邊化學環境的影響還處於定性的階段。對其並沒有深入的理解。同時由於局部濃度測量的不可行性和模擬同實踐之間的巨大差別，進一步阻礙了實踐中設計的指導原則的準確制定。這裡採用超短脈衝雷射在Cu表面製備微結構，進行定性研究電極周邊化學環境同選擇性還原的影響。學者利用周期分布的微小探針來評估在明顯的過電壓時的產品分布情況。周期規則分布的形狀有利於局部區域Ph值和CO2的濃度條件下的還原催化。同時依據實驗結果和模擬結構繪製了一個選擇性的預測圖，供設計和工程人員參考。結果清晰的顯示出C1-C3產品模式，這一模式增加了產品的質量傳輸和電極的沉積，並且預測同實際驗證結果非常一致。
論文來源：Laser-Microstructured Copper Reveals Selectivity Patterns in the Electrocatalytic Reduction of CO2，Chem ( IF 18.205 ) Pub Date : 2020-04-30, DOI: 10.1016/j.chempr.2020.04.001，Florentine L.P. Veenstra; Norbert Ackerl; Antonio J. Martín; Javier Pérez-Ramírez，
參考文獻：《Nature Energy》、光年說和百科搜索