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二氧化碳分子。（图片来源：Ted Reinhard） 伊利诺伊大学的化学家成功通过人工光合作用，利用水、二氧化碳和可见光制造燃料。通过把二氧化碳转化为丙烷等更复杂的分子，绿色能源技术成功向前迈进，能够利用多余二氧化碳，以化学键的形式储存太阳能，以便在日照不足和能量需求高峰期使用。 植物利用太阳光驱动水和二氧化碳反应，产生高能量的葡萄糖以储存太阳能。在新的研究中，研究人员开发了一种人造反应，以富电子的金纳米颗粒为催化剂，利用自然光合作用中植物使用的可见绿光把二氧化碳和水转化为燃料。这些新发现发表在《自然通讯》（Nature Communications）杂志上。 “我们的目标就是利用多余的二氧化碳和太阳能等可持续能源，生产复杂的、可液化的碳氢化合物，”化学教授、研究的共同作者Prashant Jain说，“液体燃料十分理想，因为与气体燃料相比，它们的运输更加方便、安全和经济，而且它们由长链分子构成，有更多的键，这意味着它们的能量密度更大。” 在Jain的实验室中，博士后研究员、本研究的第一作者Sungju Yu利用金属催化剂吸收绿光，并运输二氧化碳和水进行化学反应所需的电子和质子，充当自然光合作用中叶绿素的作用。 Jain表示，金纳米颗粒作为催化剂的效果尤为良好，因为它们的表面和二氧化碳分子容易发生反应，能有效地吸收光能，又不会像其它容易生锈的金属那样分解。 有许多方式能够释放储存在碳氢燃料化学键中的能量。然而，燃烧这一简单传统的方式最终会产生更多的二氧化碳，这与一开始获取和储存太阳能的理念相悖，Jain说。 “利用这种方法制造的碳氢化合物还有其它非传统的应用方式，”他说，“它们可以产生电流和电压，为燃料电池提供能量。现在世界上有许多实验室都在研究如何更加高效地使碳氢化合物中的化学能转化为电能。” 尽管将二氧化碳转化为液体燃料的进展在绿色能源技术领域中十分振奋人心，但是研究人员表示，Jain的人工光合作用效率远远不及植物中的光合作用效率。 “我们需要探究如何调整催化剂来增加化学反应的效率，”他说，“然后我们就可以开始相对困难的工作，也就是研究如何放大该过程。并且，和其它非传统的能源技术一样，我们还需要考虑许多经济可行性问题。” 美国能源和生物科学研究所（Energy and Biosciences Institute）通过EBI-Shell计划支持了这项研究。 |
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