在应对日益严峻的气候危机时，仅仅减少温室气体排放已远远不够。我们需要积极从大气中移除现有的温室气体。近年来，科学研究取得了突破性进展，尤其是在电催化领域，为实现净零排放，乃至负排放提供了有希望的途径。这种突破性的进展代表着我们在应对气候变化方面的重大飞跃。
创新源于对甲烷干重整（DRM）的全新方法。传统上，DRM是将甲烷（CH₄）和二氧化碳（CO₂）转化为合成气等有价值产物的过程，但其自身也伴随着碳足迹。这种高能耗过程往往导致净二氧化碳排放为正值，抵消了任何潜在的益处。然而，中国科学院宁波材料技术与工程研究所（NIMTE）的研究人员与济南大学的同事合作，通过实施“电驱动DRM”（e-DRM）克服了这一难题。这种策略是在DRM过程中，让电流通过导电催化剂。这个看似简单的添加，却极大地改变了反应动力学，加速了CO₂和CH₄之间的氧化还原循环，而且至关重要的是，降低了所需的总能量输入。
电催化的影响是深远的。甲烷和二氧化碳是导致人为全球变暖的两大主要因素，合计占了问题的95%。通过有效转化这些气体为有用的产品，同时实现净负排放，e-DRM提供了双重益处。机理研究表明，电驱动的晶格氧转移是成功的关键，这一原理不仅适用于DRM，还适用于其他电驱动反应，如烟灰氧化和氮氧化物还原。此外，发表在《科学进展》上的这项研究强调了这种效应的普遍性，表明电催化可以应用于目前依赖化石燃料的更广泛的工业过程。这不仅仅是一项理论研究；这项技术正积极地与其他负排放技术一起进行探索，例如生物能源与碳捕获和储存（BECCS）以及直接空气捕获（DAC），所有这些都被认为是全面气候缓解战略的重要组成部分。
除了DRM的具体应用之外，化学品生产电气化的更广泛趋势正在加速发展。对于难以完全电气化的行业（如水泥和钢铁生产），关闭碳循环的需求正在推动对替代碳源和创新催化过程的研究。由可再生能源驱动的CO₂电催化转化为燃料和化学原料，正成为一个特别有前景的途径。材料科学领域的最新进展，包括可调纳米片催化剂的开发以及利用自动化“自驾实验室”加速材料发现，正在进一步推动这一进展。从环境空气中选择性捕获CO₂的能力，正如DAC技术的最新突破所证明的那样，对于最大化这些电气化过程的影响也至关重要。甚至看似不相关的领域，如钯和铂催化剂表面的研究，也在帮助我们更深入地了解如何优化这些反应，以实现最高效率和产品选择性。接触电催化的发展，在CO₂还原中实现高法拉第效率，就体现了这种持续创新。
尽管如此，重要的是要认识到这些技术并非一劳永逸的灵丹妙药。必须仔细考虑负排放技术的生命周期环境影响，确保捕获和转化所需的能量不会无意中抵消其带来的益处。此外，扩大这些技术以满足全球需求，将需要大量的投资和政策支持。尽管存在这些挑战，但通过电催化实现净负温室气体排放的最新成就，代表着对抗气候变化的决定性时刻。它表明，通过持续的科学创新和对可持续实践的承诺，我们可以超越仅仅缓解排放，并积极开始扭转已经造成的损害，从而为更可持续的未来铺平道路。
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