在阳光的推动下，“人造叶”成功地从二氧化碳和水中产生清洁气体

这种“人造叶”利用水，阳光和二氧化碳来产生广泛使用的气体，其灵感来自自然过程，即植物利用阳光中的能量将二氧化碳转化为食物的过程。

如今，由化石燃料生产的一种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，最终可以用来开发可持续的液体燃料替代汽油。

剑桥大学的研究人员证明，这种碳中和装置在太阳能燃料领域树立了新的标杆，证明该装置能够以可持续和简单的方式直接生产天然气（称为合成气）。

尽管它在阴天和阴天仍然可以有效地工作，但它不是依靠化石燃料运行，而是由阳光驱动。与当前生产合成气的工业过程不同，叶片不会向大气释放任何额外的二氧化碳。该结果今天（2019年10月21日）发表在《自然材料》杂志上。

目前，合成气是由氢气和一氧化碳的混合物制成的，用于生产各种商品，例如燃料，药品，塑料和化肥。

“您可能没有听说过合成气，但是每天您都会消费使用合成气制造的产品。能够可持续生产将是结束全球碳循环并建立可持续的化学和燃料工业的关键一步，”来自剑桥大学化学系的资深作者欧文·赖斯纳（Erwin Reisner）教授说。

Reisner及其同事生产的设备受到光合作用的启发-光合作用是植物利用太阳光的能量将二氧化碳转化为食物的自然过程。

在人造叶子上，类似于吸收阳光的植物中的分子的两种光吸收剂与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，一个光吸收剂会使用催化剂产生氧气。另一者进行化学反应，将二氧化碳和水还原为一氧化碳和氢气，形成合成气混合物。

作为一项额外的奖励，研究人员发现，即使在下雨天或阴天，即使在低日照下，它们的光吸收器也能正常工作。

博士说：“这意味着您不仅限于在温暖的国家使用该技术，也不只是在夏季使用该工艺。”学生维吉尔·安德烈（Virgil Andrei），该论文的第一作者。“您可以在世界任何地方从黎明到黄昏使用它。”

这项研究是在该大学化学系的基督教多普勒可持续SynGas化学实验室进行的。它是由奥地利政府和奥地利石化公司OMV共同资助的，该公司正在寻找使其业务更具可持续性的方法。

“过去7年来，OMV一直是基督教多普勒实验室的坚定支持者。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具有开创性。” OMV高级顾问Michael-Dieter Ulbrich说。

还开发了其他“人造叶”装置，但这些装置通常只会产生氢气。剑桥大学的研究人员说，之所以能够持续生产合成气，是因为他们使用了多种材料和催化剂。

这些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，该钙钛矿光吸收剂可提供高的光电压和电流来驱动化学反应，从而将二氧化碳还原为一氧化碳。研究人员还使用钴代替铂或银作为分子催化剂。钴不仅成本较低，而且在生产一氧化碳方面比其他催化剂更好。

该团队目前正在研究使用其技术来生产可持续的液态汽油替代汽油的方法。

合成气已被用作液体燃料生产的基础。瑞斯纳说：“下一步，我们要做的不是先制造合成气，然后将其转化为液体燃料，而是一步一步地将二氧化碳和水转化为液体燃料。”大学。

赖斯纳说，尽管利用风能和光伏发电等可再生能源发电已取得了长足进步，但合成汽油的发展至关重要，因为目前电力仅能满足我们全球总能源需求的25％。他说：“对液体燃料的主要需求是可持续地为重型运输，航运和航空提供动力。”

Andrei说：“我们的目标是可持续生产乙醇等可轻松用作燃料的产品。”“使用二氧化碳还原反应在阳光中一步一步生产它具有挑战性。但是我们相信我们会朝着正确的方向前进，并且拥有正确的催化剂，因此我们相信我们将能够生产出可以在不久的将来证明这一过程的设备。”

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参考：“通过将分子钴催化剂与钙钛矿-BiVO4钽结合使用来生产无偏压太阳能合成气”，作者：Virgil Andrei，Bertrand Reuillard和Erwin Reisner，2019年10月21日，自然材料。DOI：
10.1038 / s41563-019-0501-6

这项研究还由温顿可持续性物理计划，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资助。