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光學工程
人工光合作用將CO2轉化為燃料

美國佛羅里達州立大學科學家發現,人工觸發合成材料中的光合作用,可以將溫室氣體的主要成分CO2轉化為清潔空氣,同時產生能量,具有改善空氣質量和創造清潔能源的巨大潛力。這一成果發表在最近一期的《材料化學學報》上。
      物理學家組織網26日報道,這項突破意義重大。費爾南多·尤里布-羅莫教授說:“從科學角度看,制造出能夠吸收特定顏色光的材料本身非常困難,而從社會角度看,我們正好需要發展能幫助減少溫室氣體的實用技術。”
       尤里布-羅莫和他的團隊創造的觸發化學反應的方法,被稱為金屬有機骨架(MOF),能模擬植物光合作用,分解CO2的同時,生成提供能源的太陽能燃料。
      多年來,科學家一直在追求將可見光進行化學轉化的方法。雖然紫外線具有足夠的能量,允許二氧化鈦等普通材料中產生類似反應,但紫外線僅占可接收太陽光的4%,而紫色到紅色波長的可見光占了大部分,卻很少有材料可以“拾取”這些能量較低的光。研究人員已經嘗試了各種材料,但可以吸收可見光的材料往往是稀有昂貴材料,如鉑、錸和銥等,使得工藝成本極高。
       尤里布-羅莫團隊使用一種常見的無毒金屬鈦,添加有機分子后作為光的接收天線,由藍色LED光反應器組成的發光藍色圓筒,模仿太陽的藍色波長,CO2緩慢加入到圓筒中,慢慢發生化學反應后,被還原成兩種形式的碳——太陽能燃料甲酸和甲酰胺,同時,圓筒內的空氣得到凈化。
       現在,團隊的目標是繼續調整該方法,觀察其他可見光波長是否也能被觸發與合成材料的化學反應。“若可行,這個過程可能是減少溫室氣體的重要途徑,并催生新的技術和基礎設施”,尤里布-羅莫舉例,如建立能夠捕獲大量CO2的電廠,或將這種材料制成可以清潔空氣并提供家用能源的屋頂。(記者房琳琳)

總編輯圈點

太陽能取之不盡、用之不竭,有潛力可持續地滿足未來能源的所有需求,但始終有一個難題,就是太陽能很難儲存。地球上的植物很厲害,它能通過光合作用,將二氧化碳和水轉化為有機物,并釋放出氧氣,同時完成了光能向有機物中化學能的能量轉化。盡早掌握人工光合作用,就有望為材料科學、能源技術和環境治理提供“三方共贏”的利器。



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