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使用纳米金粒子将二氧化碳转化为液体燃料 科学家们已经开发出一种新的工光合作用方法，通过富含电子的金纳米粒子作为催化剂来生产高能烃。 在光合作用中 ，植物通过重新分配水和二氧化碳分子将能量从阳光转化为葡萄糖。新工艺通过化学操作模拟这种天然能力，产生液体燃料，而不需要叶绿素 。 美国伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的化学家普拉桑特·杰恩（Prashant Jain）说： “这里的目标是从过量的二氧化碳和其他可持续资源（如阳光）中生产出复杂的，可液化的碳氢化合物。液体燃料是理想的，因为它们比天然气更容易，更安全，更经济。” 大规模实现人工光合作用的好处将是巨大的，可为我们提供一个清洁，自我维持的能源 ，有朝一日可能为我们的家庭和汽车供电 ，只需模仿植物和其他生物体做的事情。 左为普拉桑特·杰恩 正因为如此，世界各地的科学家们不断研究如何利用太阳能作为无限的光合作用燃料来源 ，尤其是因为它还可以提供一种帮助我们重新利用大气中有害二氧化碳的方法 。 杰恩的新研究建立在他于2018年领导的前期工作的基础上，研究使用金纳米粒子作为叶绿素的替代品，有助于驱动化学反应。 杰恩说：“科学家们常常向植物寻求将阳光，二氧化碳和水转化为燃料的方法。” 在这些实验中，研究小组发现，尺寸仅为纳米的微小球形金颗粒可以吸收可见的绿光并转移光激发的电子和质子。 这项新研究采用了相同的技术，将二氧化碳转化为复杂的碳氢化合物燃料分子（包括丙烷和甲烷），这是通过将绿光与金纳米粒子结合在离子液体中而合成的。 杰恩解释道：“在这种方法中，金纳米粒子的等离子体激发在纳米粒子/溶液界面产生了一种富含电荷的环境，有利于CO2的活化。当离子液体稳定在这个界面形成的带电中间体时，能够促进多步骤减少和C-C耦合。“ 金纳米粒子借助电子将红灰色CO2分子转化为碳氢化合物燃料分子 除了丙烷和甲烷外，该方法还能使乙烯，乙炔和丙烯进行光合作用。复杂的分子排列有朝一日能够在燃料电池中实现可行的能量储存。 杰恩说：“因为它们是由长链分子制成的，液体燃料含有更多的键，这意味着它们能够更密集地包装能量。” 然而，与用于产生人工光合作用的其他方法一样，突破的实用性最终将取决于其效率，以及其在现实世界中实施的能力。 在这方面，研究人员承认他们现在需要提高金纳米粒子驱动这些化学转化的能力，并研究未来如何大规模发挥作用。 杰恩表示：“还有很长的路要走。我认为我们至少需要十年才能找到实用的二氧化碳封存，二氧化碳固定，燃料形成技术，这些技术在经济上是可行的。但是，对这一过程的每一次进步都会提高学术界的发展速度。” 该研究结果在《自然通讯》期刊上。 |
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