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    美科学家利用光合作用把二氧化碳转化为燃料和

    2017-09-28 14:08:58 兆丰

            美媒称,美国能源部伯克利劳伦斯国家实验所的科学家利用光合作用的力量把二氧化碳转化为燃料和乙醇,其效率远超植物。这项成果是迈向可持续燃料来源过程中一个重要的里程碑。

            据美国每日科学网站报道,许多系统成功地把二氧化碳变为化学和燃料前体,例如一氧化碳或者一氧化碳和氢的混合物(名为合成气)。而这项新成果第一次成功展示了从二氧化碳直接到目标产物(即乙醇和乙烯)的方法,且能量转换效率可与自然界的对应物相媲美。发表在美国《能源与环境科学》杂志上的一项研究描述了这项成果。

            研究人员优化了一个光电-电化学系统的组件来减少电压损失,并在现有材料不足的时候创造新材料。

            这项研究的首席研究员、伯克利劳伦斯国家实验所科学家乔尔·阿格说:“这是一项激动人心的进展。随着不断上升的大气二氧化碳水平改变地球的气候,研发可持续能源的需要变得越来越迫切。我们的研究成果显示,我们具有一条可行的途径直接从阳光获得燃料。”

            这条从太阳到燃料的途径是2010年建立的能源部创新中心人工光合联合中心(JCAP)推动太阳能燃料研究的重要目标之一。

            JCAP的研究最初聚焦于水在光合作用过程中的有效分解。在利用几种类型的设备基本实现这项任务后,研究在太阳能驱动下减少二氧化碳的JCAP科学家开始着眼于实现与分解水类似的效率,许多人认为这是人工光合作用领域的下一个巨大挑战。

            伯克利劳伦斯国家实验所的另一个研究小组正在重点研究光电-电化学系统的某个特定组件来应对这项挑战。在今天发表的一项研究结果中,他们描述了一种能够利用最低的能源投入实现二氧化碳向多碳转化的新型催化剂。

            为了JCAP的这项研究,研究人员设计了一个完整的系统以在一天中不同的时间工作,而不只是在一级光能量太阳照明的情况下,这相当于晴天正午时的峰值亮度。他们改变光源亮度,显示该系统即使在低亮度情况下也依然有效。

            研究人员研发的新组件有一个铜银纳米珊瑚阴极和氧化铱纳米管阳极。前者把二氧化碳变为碳氢化合物和含氧化合物,后者氧化水和制造氧气。

            阿格说:“纳米珊瑚吸引人的特性是,和植物一样,它能在范围广泛的条件下生产目标产物,而且它非常稳定。”

            因为二氧化碳是非常稳定的分子,分解二氧化碳分子一般需要输入相当大的能量。

            研究报告的第一作者、伯克利劳伦斯国家实验所博士后研究员古鲁达亚尔说:“把二氧化碳变为乙醇和乙烯之类的碳氢化合物最终产物从开始到结束可能需要多达5伏的电压。我们的系统把电压降了一半,同时保持产物的选择性。”

     
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