由DNA綁定的催化劑提高了二氧化碳到一氧化碳的電化學轉化效率，而一氧化碳是許多化合物的基本成分。麻省理工學院的化學工程師設計出了一種將二氧化碳轉化為一氧化碳的有效方法，一氧化碳是一種化學前驅物，可用於生成有用的化合物，如乙醇和其他燃料。

如果將這項製程擴大到工業用途，將有助於從發電廠和其他來源清除二氧化碳，從而減少排放到大氣中的溫室氣體數量。

麻省理工學院的化學工程師證明，透過使用DNA 將催化劑（藍色圓圈）拴在電極上，可以使二氧化碳轉化為一氧化碳的效率大大提高。圖片來源：麻省理工學院Christine Daniloff

革命性的脫碳技術

「這將能夠從排放物或溶解在海洋中的二氧化碳中提取二氧化碳，並將其轉化為有利可圖的化學品。」保羅-庫克（Paul M. Cook）化學工程職業發展助理教授、該研究的資深作者阿里爾-弗斯特（Ariel Furst）說：”這確實是一條脫碳之路，因為我們可以把二氧化碳這種溫室​​氣體轉化為對化學生產有用的東西。”

這種新方法利用電力進行化學轉換，催化劑透過DNA 鏈繫在電極表面。 DNA 就像尼龍搭扣一樣，將所有反應成分緊緊黏在一起，使反應比所有成分都漂浮在溶液中更有效率。

Furst 創辦了一家名為Helix Carbon 的公司，進一步開發這項技術。麻省理工學院前博士後Gang Fan 是這篇論文的第一作者，論文發表在《美國化學學會學報》（Journal of the American Chemical Society Au）上。其他作者包括：21 歲的Nathan Corbin 博士、23 歲的Minju Chung 博士、麻省理工學院前博士後Thomas Gill 和Amruta Karbelkar 以及23 歲的Evan Moore。

分解二氧化碳

要將二氧化碳轉化為有用的產品，首先需要將其轉化為一氧化碳。其中一種方法是用電，但這種電催化所需的能量太昂貴。

為了降低成本，研究人員嘗試使用電催化劑，催化劑可以加快反應速度，並減少系統所需的能量。用於此反應的一種催化劑是一類稱為卟啉的分子，這種分子含有鐵或鈷等金屬，結構類似於血液中攜帶氧氣的血紅素分子。

在這種電化學反應中，二氧化碳溶解在電化學裝置內的水中，該裝置包含一個驅動反應的電極。催化劑也懸浮在溶液中。然而，這種裝置的效率並不高，因為二氧化碳和催化劑需要在電極表面相遇，而這種情況並不常見。

為了使反應更頻繁地發生，從而提高電化學轉換的效率，Furst 開始研究如何將催化劑附著在電極表面上。 DNA 似乎是這種應用的理想選擇。

她說：”DNA 的成本相對較低，你可以用化學方法對其進行修飾，並且可以透過改變序列來控制兩條鏈之間的相互作用。它就像一種序列特異的魔鬼氈，具有非常強但可逆的相互作用，你可以對其進行控制。”

為了將單股DNA 連接到碳電極上，研究人員使用了兩個”化學手柄”，一個在DNA 上，另一個在電極上。這些”化學手柄”可以折疊在一起，形成永久性的結合。然後將互補的DNA 序列連接到卟啉催化劑上，這樣當催化劑加入溶液中時，它就會可逆地與已經連接到電極上的DNA 結合–就像魔鬼氈一樣。

系統建立後，研究人員向電極施加電位（或偏壓），催化劑利用這種能量將溶液中的二氧化碳轉化為一氧化碳。反應還能從水中產生少量氫氣。催化劑磨損後，可以透過加熱系統來破壞兩條DNA 鏈之間的可逆鍵，從而將其從表面釋放出來，並用新的催化劑取代。

突破性的電化學轉換

利用這種方法，研究人員能夠將反應的法拉第效率提高到100%，這意味著進入系統的所有電能都直接進入化學反應，沒有能量浪費。而當催化劑沒有被DNA拴住時，法拉第效率只有40%左右。

Furst 說，這項技術可以輕鬆擴大到工業用途，因為研究人員使用的碳電極比傳統金屬電極便宜得多。催化劑也很便宜，因為它們不含任何貴金屬，而且電極表面只需要少量的催化劑。

透過更換不同的催化劑，研究人員計劃嘗試用這種方法製造甲醇和乙醇等其他產品。由Furst 創辦的Helix Carbon 公司也致力於進一步開發該技術，以實現潛在的商業用途。