“人造叶子”成功生产清洁气体

目前由化石燃料生产的广泛使用的气体可以由仅使用阳光、二氧化碳和水的“人造叶子”制成，最终可用于开发替代汽油的可持续液体燃料。

在剑桥大学的研究人员证明它可以以可持续和简单的方式直接生产称为合成气的气体之后，这种碳中和装置在太阳能燃料领域树立了新的标杆。

人造叶子不是依靠化石燃料运行，而是由阳光驱动，尽管它在多云和阴天仍然有效。与目前生产合成气的工业过程不同，这种叶子不会向大气中释放任何额外的二氧化碳。结果发表在《自然材料》杂志上。

合成气目前由氢气和一氧化碳的混合物制成，用于生产一系列商品，例如燃料、药品、塑料和化肥。

“您可能没有听说过合成气本身，但您每天都在消费使用它制造的产品。能够可持续地生产合成气将是关闭全球碳循环和建立可持续化学和燃料工业的关键一步，”说来自剑桥大学化学系的资深作者 Erwin Reisner 教授为实现这一目标花了七年的时间。

Reisner 和他的同事生产的设备的灵感来自光合作用——植物利用阳光中的能量将二氧化碳转化为食物的自然过程。

在人造叶子上，两种光吸收剂(类似于植物中收集阳光的分子)与一种由天然丰富的元素钴制成的催化剂结合在一起。

当设备浸入水中时，一个光吸收剂使用催化剂产生氧气。另一个进行化学反应，将二氧化碳和水还原成一氧化碳和氢气，形成合成气混合物。

作为额外的奖励，研究人员发现他们的光吸收器即使在雨天或阴天的低水平阳光下也能工作。

“这意味着你不仅限于在温暖的国家使用这项技术，或者只在夏季月份操作该过程，”该论文的第一作者、博士生 Virgil Andrei 说。“你可以在世界任何地方从黎明到黄昏使用它。”

该研究是在大学化学系的可持续合成气化学克里斯蒂安多普勒实验室进行的。它由奥地利政府和奥地利石化公司 OMV 共同资助，该公司正在寻找使其业务更具可持续性的方法。

“在过去的七年里，OMV 一直是克里斯蒂安多普勒实验室的热心支持者。该团队以碳中和方式生产合成气作为液体燃料基础的基础研究是开创性的，”高级顾问 Michael-Dieter Ulbrich 说在 OMV。

还开发了其他“人造叶子”装置，但这些装置通常只产生氢气。剑桥研究人员表示，他们能够使合成气可持续生产的原因在于他们使用的材料和催化剂的结合。

其中包括最先进的钙钛矿光吸收剂，与由硅或染料敏化材料制成的光吸收剂相比，它提供高光电压和电流来为将二氧化碳还原为一氧化碳的化学反应提供动力。研究人员还使用钴作为他们的分子催化剂，而不是铂或银。钴不仅成本更低，而且比其他催化剂更能产生一氧化碳。

该团队现在正在寻找利用他们的技术生产替代汽油的可持续液体燃料的方法。

合成气已被用作生产液体燃料的基础材料。“我们接下来想做的不是先制造合成气，然后将其转化为液体燃料，而是一步一步从二氧化碳和水中制造液体燃料，”同时也是圣约翰学院研究员的雷斯纳说。大学。

尽管在利用风能和光伏等可再生能源发电方面取得了巨大进步，但赖斯纳表示，合成汽油的发展至关重要，因为目前电力只能满足我们全球能源总需求的 25% 左右。“对液体燃料的需求很大，可以为重型运输、航运和航空提供可持续的动力，”他说。

“我们的目标是可持续地创造乙醇等产品，这些产品可以很容易地用作燃料，”安德烈说。“使用二氧化碳还原反应从阳光中一步生产它具有挑战性。但我们相信我们正朝着正确的方向前进，并且我们拥有正确的催化剂，因此我们相信我们将能够生产出一种设备这可以在不久的将来证明这一过程。”

该研究还得到了温顿可持续性物理学项目、生物技术和生物科学研究委员会以及工程和物理科学研究委员会的资助。