科学家设计出人工叶片 将二氧化碳转化为有价值的燃料和化学品
站长云网科学家们开发出一种人造叶子，它能利用阳光将二氧化碳转化为碳氢化合物，为化石燃料提供了一种可持续的替代品。微小的铜"纳米花"被附着在人工叶片上，以产生清洁燃料和基本化学品，这些燃料和化学品构成了现代能源和制造业的支柱。
剑桥大学和加州大学伯克利分校的研究人员开发出一种只利用阳光生产碳氢化合物（由碳和氢组成的分子）的实用方法。
他们的装置将一种由高效太阳能电池材料钙钛矿制成的光吸收"叶片"与纳米铜催化剂整合在一起，将二氧化碳转化为有价值的分子。与大多数只能将二氧化碳转化为单碳分子的金属催化剂不同，铜花有助于生产含有两个碳原子的更复杂的碳氢化合物，如乙烷和乙烯，它们是液体燃料、化学品和塑料的主要组成部分。
目前，几乎所有的碳氢化合物都来自化石燃料，但剑桥-伯克利研究小组开发的方法可以用二氧化碳2、水和甘油（一种常见的有机化合物）制成清洁的化学品和燃料，而不会产生任何额外的碳排放。研究结果发表在《自然催化》杂志上。
这项研究建立在研究小组早先的人造树叶研究基础之上，人造树叶的灵感来自光合作用：植物将阳光转化为食物的过程。该研究的第一作者、剑桥大学优素福-哈米德化学系的维吉尔-安德烈博士说："我们希望超越基本的二氧化碳还原，生产更复杂的碳氢化合物，但这需要更多的能量。"
安德烈是剑桥大学圣约翰学院的研究员，他在加州大学伯克利分校杨培东教授的实验室开展的这项工作是温顿-剑桥-卡弗里ENSI交流项目的一部分。
通过将一种过氧化物光吸收剂与纳米铜催化剂耦合，研究小组能够生产出更复杂的碳氢化合物。为了进一步提高效率，克服水分离的能量限制，研究小组添加了硅纳米线电极，它可以氧化甘油。这种新平台生产碳氢化合物的效率更高，比早期的水和二氧化碳分离系统高出200倍。
该反应不仅提高了二氧化碳的减排性能，还能生产出甘油酸盐、乳酸盐和甲酸盐等高价值化学品，这些化学品可用于制药、化妆品和化学合成。
"甘油通常被认为是废物，但在这里，它在提高反应速率方面发挥了关键作用，"Andrei说。"这表明我们可以将我们的平台应用于广泛的化学过程，而不仅仅是废物转化。通过精心设计催化剂的表面积，我们可以影响生成的产物，使工艺更具选择性。"
虽然目前CO₂对碳氢化合物的选择性仍保持在10%左右，但研究人员对改进催化剂设计以提高效率持乐观态度。研究小组设想将他们的平台应用于更复杂的有机反应，为可持续化学生产的创新打开大门。通过不断改进，这项研究可以加速向循环型碳中和经济过渡。
安德烈说："这个项目是全球研究合作如何带来有影响力的科学进步的一个极好例子。通过结合剑桥大学和伯克利大学的专业知识，我们开发出了一种系统，它可能会重塑我们可持续生产燃料和有价值化学品的方式。"
编译自/ScitechDaily
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