塞格德大学研究团队开发新型催化剂，为二氧化碳减排与资源化利用开辟新路径

将工业设施排放的二氧化碳（CO₂）有效封存于大气之外，同时将其转化为化工行业所需的高价值原材料——这是匈牙利塞格德大学（University of Szeged，简称SZTE，原译文中误作“德布勒森大学”）研究人员致力追求的双重目标。这一兼具气候意义与商业前景的雄心勃勃的项目，近日荣获该校2025年创新日“物理科学领域最具创新性研究”奖项（即塞格德大学创新奖）。研究团队证明，氧化钴（Co₃O₄）可成功替代二氧化碳电解过程中所需的铱（Ir）作为阳极催化剂，这是一个重大突破。铱不仅极其昂贵，而且资源稀缺。目前，研究团队正通过添加其他过渡金属，进一步提升该过程的效率。

应对气候变化仍是人类面临的重大挑战之一，其根源在于大气中二氧化碳浓度持续上升。这一趋势与人类活动，尤其是化石燃料的开采与燃烧密切相关。与此同时，二氧化碳的电化学转化技术带来了双重机遇：一方面有助于减少工业排放，另一方面可为化工行业生产一氧化碳、乙烯、甲酸等重要基础原料。

近年来，基于电解的二氧化碳转化技术日益受到关注。这既反映了公众对二氧化碳浓度升高所带来的气候影响的认知不断加深，也得益于可再生能源技术的广泛应用，使得低成本、清洁电力的供应日趋充足。尽管实验室规模的电解槽已能成功将二氧化碳转化为多种有用化学品，但该技术的规模化工业应用仍处于起步阶段。

塞格德大学科学与信息学院物理化学与材料科学系研究员阿提拉·科尔马诺斯（Attila Kormányos）博士指出：“当前面临的关键挑战之一，是电解槽电池普遍依赖铱作为催化剂。铱是一种极其稀有的贵金属，全球年产量仅数吨，导致其价格异常高昂。事实上，催化剂本身的成本可能占电解槽总生产成本的一半。”他补充说，该研究团队的雅诺基·查巴（Csaba Janáky）博士十多年来一直致力于二氧化碳电解研究。过去三四年间，团队将重点转向寻找可替代铱的阳极催化剂，并在过去两年中系统研究了氧化钴的潜力。“主要难点在于，氧化钴具有半导体特性，其电解活性远低于铱。尽管如此，我们成功开发出一种特殊的合成方法，能够在一定程度上克服其固有缺陷带来的限制。”

塞格德大学科学与信息学院物理化学与材料科学系研究员阿提拉·科尔马诺斯博士

去年，塞格德研究团队的相关成果发表于国际顶尖科学期刊，论文题为《氧化钴作为二氧化碳电解池的阳极催化剂》。该研究荣获塞格德大学2025年创新日“物理科学领域最具创新性研究”奖项，即塞格德大学创新奖。

目前，这项研究已进入新阶段。阿提拉·科尔马诺斯博士介绍，团队正致力于通过掺入多种过渡金属（如镍、铁、锰等）对氧化钴的结构进行改性，目标是同时提升其催化活性与长期运行稳定性。这一点尤为关键，因为尽管钴的储量远高于铱——全球年产量可达数十万吨——但钴同时也是锂离子电池等储能设备的关键原材料。随着全球对动力电池和储能电池需求的持续攀升，钴的价格也在迅速上涨。

“我们在这个方向上已经取得了令人鼓舞的初步成果，尽管相关工作仍处于实验室测试阶段。”阿提拉·科尔马诺斯博士补充道。“如果我们成功开发出一种过渡金属改性的氧化钴催化剂，使其活性和稳定性接近铱的水平，那么得益于我们已经建立的合成方法，该工艺有望与电解槽单元的尺寸扩展同步实现相对快速的规模化放大。幸运的是，塞格德大学科技园的能源创新测试站为相关规模的验证提供了极佳的实验环境。我们预计，大约两年内，项目可能进入现场测试阶段，届时将使用功能完备的中试系统。这标志着从实验室基础研究向工业试点应用迈出了重要一步。再往后，我们将走向实际工业部署——让更清洁、更可持续的化学生产前景离现实更近一步。”