CO₂涉及許多的制造和化學應用，它被認為是全球變暖的主要原因，導致地球大氣圈CO₂溫室氣體增加的主要原因是人類對化石燃料的燃燒。因此，近年來有很多研究致力于開發(fā)更高效的方法，通過碳捕獲、封存和轉化來減少CO₂排放。

相反，乙醇是大家熟知的麻醉劑、消毒劑和能源。事實上，現(xiàn)代汽油燃料中約有大約10%的混合乙醇，主要來自玉米生物質?；谶@些原因，乙醇本身就具有很高的價值，每噸交易價格約為1000美元，全球市場規(guī)模每年約為750億美元。

在2020年，研究人員開發(fā)了一種高效節(jié)能、變動成本低、碳中和或碳負擔的電化學過程，可直接將二氧化碳轉化為乙醇。由于現(xiàn)代乙醇供應的大部分來自生物質，大規(guī)模采用CO₂轉化作為替代乙醇生產技術，有助于降低酒精和食品成本，同時減少CO₂對全球變暖的影響。

下面我們將深入描述這種這種轉化過程，以及Alicat的質量流量控制器如何用于優(yōu)化該過程。

電催化CO₂還原制乙醇

CO₂還原反應途徑

使用適合帶隙對齊或兼容的金屬和半導體納米顆粒制成的不同電催化劑，可以在可見光照射下產生一系列有價值的燃料和化學品。通過改變所使用的半導體和金屬的配置，可以產生不同的化學物質。值得注意的是，銅催化劑會產生各種類型的終端產品，包括各種有價值的碳氫化合物和氧化物。

在一些配置中，這些反應發(fā)生在電解池中，而在其他配置中，它們發(fā)生在陽極和陰極之間的電解介質中。在一些系統(tǒng)設計中，在電解之前向CO₂噴射去離子水以對其進行加濕，確保更均勻的發(fā)電以保持系統(tǒng)更健康。

當使用銅催化劑時，通過控制電解質pH、電極電位、分子添加劑和電解質陽離子設計等變量，可以定制CO₂ RR途徑的活性和選擇性，從而生產不同的最終產物，例如乙烯（C₂H₄ )、乙醇(C₂H₅OH)、丙醇(C₃H₇OH)。

91% FE CO₂轉化為乙醇的過程  

阿貢國家實驗室納米材料中心和 APS 開發(fā)了一種高效的CO₂制乙醇工藝。他們的過程使用碳負載銅催化劑，在僅-0.7 V電位（相對于可逆氫電極）下實現(xiàn)了低功耗、低成本的CO₂轉化為乙醇途徑，其FE高達91%，起始電位低至-0.4 V（可逆氫電極）。

在這種配置中，純凈的CO₂被加入到一個6.8 pH的電化學池中，該池包含涂有特殊單原子碳負載銅電催化劑的石墨烯片，作為工作電極，還有一個Ag/AgCl參比電極和一個鉑絲對電極。0.1 M KHCO3溶液用作電解質。整個測試過程中，保持持續(xù)的CO₂流量，為每分鐘30標準立方厘米（sccm），持續(xù)4,000秒。

使用 Alicat 設備控制CO₂電解流量

Alicat 的MC 系列質量流量控制器旨在優(yōu)化CO₂流量，除了持續(xù)監(jiān)控工作壓力和溫度外，還可以在寬泛的流量范圍內保持可重復且準確的數(shù)據和控制，從而實現(xiàn)更精確的電化學電池操作和測試條件。

l 流量精度高達±0.6%讀數(shù) 或 ±0.1% F.S.

l 重復性高達± 0.1% 讀數(shù) + 0.02% F.S.

Alicat 的CODA KC 系列科里奧利質量流量控制器適用于高濕度液體或氣體流量控制，可廣泛用于各種不同類型的電解系統(tǒng)。此外，CODA KC系列適用于寬范圍的高低壓力，可以使用同一設備來控制不同的流體混合物。CODA流量控制器適用于實驗中使用的寬泛的流量范圍，量程范圍為40 g/h-100 kg/h。

l 液體流量精度高達±0.6%讀數(shù) 或 ±0.2% F.S.，重復性僅為 ±0.1% F.S.

l 氣體流量精度高達±1%讀數(shù) 或 ±0.2% F.S.，以較大者為準。