化学家们认为二氧化碳最理想的回收转换方式，莫过于借助太阳能源电解，再加上适当的电催化剂来进一步降低能量耗费。这年头，用催化剂来将二氧化碳转化成多碳产品的手法已经很普遍了，不过美国国家实验室这一次成功开发出的新型电催化剂，不只可以回收二氧化碳并直接转换出乙醇、乙烯，还能提高整体转化效率，虽然是假的人工光合作用，但终究是赢过天然植物了。
不是只有植物可以行光合作用来帮忙分解人类制造的过量二氧化碳，美国能源部劳伦斯伯克利国家实验室最近在《美国国家科学院院刊》上发表最新研究，旗下团队开发出一种由铜奈米粒子组成的新型电催化剂，其银-铜奈米阴极可以将二氧化碳还原为碳氢化合物和含氧化合物，氧化铱奈米阳极则可以氧化水并产生氧，也就是说，可以直接将二氧化碳转为目标产品乙烯、乙醇、丙醇，不同于相同领域内的早期技术只能将二氧化碳转为燃料前体。
研究人员将电极连接到硅光伏电池后还发现，如果将太阳能电池配置改为串联，则在太阳光下照射 1 次，碳氢化合物和含氧化合物的转化效率可达到 5% 以上。
乙烯、乙醇和丙醇都被认为是现代生活中的高价值产品，每个分子里都含有 2～3 个碳原子。乙烯是制造塑料膜、塑胶瓶及硬性聚氯乙烯（PVC）的基本成分；通常由生物质制成的乙醇已经取得汽油生物燃料添加剂的主要地位；丙醇则是非常有效的燃料，虽然制造成本太高。
为了解效率提升的机转，透过 X 射线光电子光谱法（X-ray photoelectron spectroscopy）、穿透电子显微术（transmission electron microscopy）和扫描电子显微法（scanning electron microscopy）对电催化剂进行分析后，研究人员发现银有助于将二氧化碳还原成一氧化碳，而铜再进一步将一氧化碳还原成烃类和醇类。
这种电催化剂的特色在于它由紧密堆积的铜球组成，每个铜球直径约 7 奈米，在碳指顶层填充，随后研究人员发现，在电解的早期阶段，球体会融合转变成尺寸约 10～40 奈米的立方体结构，在这个“转型”过程中，促进了碳氢化合物和含氧化合物的形成。加州大学柏克莱分校材料科学工程系教授 Peidong Yang 表示，这种独特的立方体结构可以为二氧化碳转化为多碳产品提供有利的化学环境，就像是在帮二氧化碳、水和电子提供一个理想的聚会地点一样。
▲ 在电解的早期阶段，奈米铜球体会融合变成尺寸约 10～40 奈米的立方体结构，促进碳氢化合物和含氧化合物的形成。（source：Dohyung Kim／劳伦斯伯克利国家实验室）
而为了评估这种电催化剂的效率，团队需要同时考量电化学转化过程中可以获得多少能量，以及需要多少额外电压来驱动反应，这种额外电压称为过电位（overpotential），会影响电极反应的速率，当过电位越低，催化剂效率越高。
目前，用催化剂来将二氧化碳转化成多碳产品的手法很普遍，但因为二氧化碳是很顽固的分子，所以加工过程通常必须在高达 1 伏特的电压下运行才能生产出具经济效益的产量。伯克利国家实验室团队的系统比较高竿，他们优化光伏电化学系统中的每个组件，使其在高电流密度（high current density）中运行却有创纪录的低过电位，比典型的电催化剂还要低大约 300 毫伏。
- Copper Catalyst Yields High Efficiency CO2-to-Fuels Conversion
- Solar-to-Fuel System Recycles CO2 to Make Ethanol and Ethylene
（首图来源：Clarissa Towle／劳伦斯伯克利国家实验室）
