圖片來源：University of Cambridge

研究人員研發(fā)出了一套設(shè)備，可獨(dú)立運(yùn)行，將陽光、二氧化碳和水轉(zhuǎn)化為碳中性燃料，無需任何額外組件或者電力。

該設(shè)備由劍橋大學(xué)團(tuán)隊(duì)研制而成，向人工光合作用的實(shí)現(xiàn)邁出了重要一步：這一過程模仿植物將陽光轉(zhuǎn)化為能量的能力。設(shè)備基于先進(jìn)的“光片”（photosheet）技術(shù)，能夠?qū)㈥柟狻⒍趸己退D(zhuǎn)化成氧氣和甲酸（一種可直接使用或者轉(zhuǎn)化為氫的可存儲(chǔ)燃料）。

《自然-能源》（Nature Energy）報(bào)告了這一成果，展示了一種將二氧化碳轉(zhuǎn)化成清潔燃料的新方法。這套無線設(shè)備的規(guī)模擴(kuò)大后，可用于能源“農(nóng)場(chǎng)”，類似于太陽能農(nóng)場(chǎng)，使用陽光和水產(chǎn)生清潔燃料。

圖片來源：Pixabay

收集太陽能將二氧化碳轉(zhuǎn)化成燃料，是減少二氧化碳排放、逐漸放棄化石燃料的有效方法。然而，要生產(chǎn)出不含不必要副產(chǎn)物的清潔燃料仍具挑戰(zhàn)。

“一直以來，都難以實(shí)現(xiàn)具有高度選擇性的人造光合作用，也就是說盡可能將陽光轉(zhuǎn)化成你想要的燃料，而不是同時(shí)產(chǎn)生一大堆廢料?！眮碜詣蚧瘜W(xué)系的Qian Wang博士說。

“此外，氣體燃料的儲(chǔ)存和副產(chǎn)物的分離相當(dāng)復(fù)雜，我們想要搞清楚，如何能干凈地制造出易于儲(chǔ)存和運(yùn)輸?shù)囊后w燃料?！痹撜撐牡馁Y深作者Erwin Reisner教授補(bǔ)充說。

2019年，Reisner團(tuán)隊(duì)的研究人員研制出一種基于“人造葉片”設(shè)計(jì)的太陽能反應(yīng)器，使用陽光、二氧化碳和水生成一種稱作合成氣體（syngas）的燃料。而本次新技術(shù)的表現(xiàn)和行為相當(dāng)類似于“人造葉片”，但是工作原理不同，產(chǎn)物是甲酸。

而且人造葉片使用的是來自太陽能電池的組件，但新設(shè)備無需這些組件，只依靠嵌在薄片上的光催化劑，成為所謂的光催化片。這些薄片由半導(dǎo)體粉末制成，容易大量制備，價(jià)格低廉。

除此之外，這一新技術(shù)更穩(wěn)健，產(chǎn)生的清潔燃料更容易儲(chǔ)存，具有大規(guī)模生成燃料產(chǎn)物的潛力。測(cè)試單位的大小為20平方厘米，但研究人員說，要將其規(guī)模擴(kuò)大成幾平方米應(yīng)該相對(duì)簡單。同時(shí)，甲酸能夠在溶液中積聚，采用化學(xué)手段可轉(zhuǎn)化成不同類型的燃料。

“我們驚異于該技術(shù)的高度選擇性，它幾乎不會(huì)產(chǎn)生什么副產(chǎn)物?！盬ang說，“有時(shí)候事情確實(shí)會(huì)和預(yù)期不同，但這次效果確實(shí)更好，實(shí)在罕見。”

二氧化碳轉(zhuǎn)化鈷基催化劑容易實(shí)現(xiàn)，且相對(duì)穩(wěn)定。雖然與人造葉片相比，該技術(shù)規(guī)模更容易擴(kuò)大，但其效能仍需改進(jìn)，然后再考慮投入商業(yè)使用。研究人員正在用不同類型的催化劑進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，以同時(shí)增強(qiáng)穩(wěn)定性和效能。

圖片來源：Pixabay

獲得目前的成果還有賴于東京大學(xué)Kazunari Domen教授團(tuán)隊(duì)的合作，他也是該研究的共同作者。

目前研究人員正在進(jìn)一步優(yōu)化系統(tǒng)，提升效能。此外，他們也在探索其他催化劑，用到這一設(shè)備中以獲取不同太陽能燃料。

Reisner說：“我們希望這一技術(shù)將會(huì)為具有實(shí)用價(jià)值的可持續(xù)太陽能燃料生產(chǎn)開拓道路。”

翻譯：阿金

審校：戚譯引

引進(jìn)來源：劍橋大學(xué)

引進(jìn)鏈接：https://www.eurekalert.org/pub_releases/2020-08/uoc-wdm081920.php


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