中國(guó)研究人員開發(fā)出一種太陽能驅(qū)動(dòng)的新方法，利用二氧化碳和水制造汽油基本成分，模擬自然界的光合作用過程。

中國(guó)科學(xué)家團(tuán)隊(duì)近日公布了一項(xiàng)突破性技術(shù)，能夠以陽光為能源，將二氧化碳和水轉(zhuǎn)化為包括汽油基礎(chǔ)成分在內(nèi)的有價(jià)值化學(xué)品。這項(xiàng)技術(shù)從植物將陽光、水和二氧化碳轉(zhuǎn)化為能量的自然過程——光合作用中汲取靈感，旨在創(chuàng)造更可持續(xù)的燃料生產(chǎn)方式。

來自中國(guó)科學(xué)院和香港科技大學(xué)的研究人員研制出一種能夠儲(chǔ)存少量電能的特殊材料，可提升將二氧化碳轉(zhuǎn)化為有用化合物所需化學(xué)反應(yīng)的效率。通過將該系統(tǒng)與能將二氧化碳轉(zhuǎn)化為不同化學(xué)物質(zhì)的催化劑相結(jié)合，研究人員實(shí)現(xiàn)了太陽能驅(qū)動(dòng)的一氧化碳生產(chǎn)。這種中間產(chǎn)物可進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為燃料，為航空和航運(yùn)等難以電氣化的行業(yè)提供了潛在替代方案。

研究團(tuán)隊(duì)在發(fā)表于《自然·通訊》期刊的論文中指出，該方法建立了仿生電荷存儲(chǔ)策略，用于實(shí)現(xiàn)高效二氧化碳光還原。他們強(qiáng)調(diào)這項(xiàng)技術(shù)為生產(chǎn)太陽能燃料提供了通用路徑，在可再生能源與高需求工業(yè)應(yīng)用之間架起了關(guān)鍵橋梁。研究人員表示，光驅(qū)動(dòng)二氧化碳轉(zhuǎn)化（即光催化）作為一種既能減少溫室氣體排放，又能緩解自然資源壓力的方法正受到越來越多關(guān)注。其特別具有吸引力的應(yīng)用在于生產(chǎn)太陽能燃料——這種利用陽光合成的燃料與傳統(tǒng)化石燃料高度相似，且能與現(xiàn)有燃料基礎(chǔ)設(shè)施兼容。

該過程將二氧化碳轉(zhuǎn)化為如一氧化碳等中間化學(xué)品，這些中間產(chǎn)物可進(jìn)一步加工成液態(tài)碳?xì)浠衔?，為在不徹底改變現(xiàn)有能源系統(tǒng)的前提下創(chuàng)造可持續(xù)燃料替代品提供了可能路徑。在太陽能燃料生產(chǎn)中用水替代犧牲劑是最佳解決方案，但這涉及連接包括水氧化和二氧化碳還原在內(nèi)的多個(gè)復(fù)雜化學(xué)反應(yīng)。而自然界通過使用能暫時(shí)存儲(chǔ)光生電子的分子來促進(jìn)能量轉(zhuǎn)移，以驚人效率完成這些過程。

受此自然策略啟發(fā)，研究團(tuán)隊(duì)在人工光合作用系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)了類似的電荷存儲(chǔ)機(jī)制，旨在復(fù)制植物驅(qū)動(dòng)太陽能化學(xué)轉(zhuǎn)化的高效性。為模擬這種自然機(jī)制，團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)出銀修飾三氧化鎢材料，該材料可在光照期間存儲(chǔ)電子并按需釋放。研究報(bào)道稱，該材料性能與使用有機(jī)犧牲劑的系統(tǒng)相當(dāng)，且在與多種不同催化劑結(jié)合時(shí)具有"普適性"。

在陽光下測(cè)試該材料時(shí)，團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)自然光能觸發(fā)反應(yīng)，這為太陽能燃料應(yīng)用鋪平了道路。研究人員指出，這一方法消除了對(duì)不可持續(xù)的犧牲劑的需求，同時(shí)為構(gòu)建高效、獨(dú)立的光催化系統(tǒng)提供了一個(gè)通用的設(shè)計(jì)原則。

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