人造光合作用:将太阳的能量存储为燃料

植物不费吹灰之力就能够把光转化为能量,科学家一直在努力向植物学习。目前,化学家发现了一条最有希望的道路,将二氧化碳,水和阳光作为原料,产生氧气和甲酸,同时存储起能量。甲酸本身就是有工业价值的最终产品,同时又可用于制氢。

技术的关键是“相片”纸或叫做光催化剂纸。它上面是特殊的半导体粉末,借助钴基催化剂,当光子在水中撞击到纸上时,电子相互作用,发生氧化反应。

反应不需要任何其他成分,并且只需阳光作为能量源。

英国剑桥大学的化学家 Qian Wang说:“我们对如此出色的选择性反应感到惊讶,它几乎不产生无用的副产品。有时候情况并不如,但那是罕见的情况,实际上效果很好。”

尽管原型照相纸的规格仅为20平方厘米,但发明这种照相纸的科学家表示,扩大规格相对容易,而且不会产生高昂的成本。

最终,他们认为这些板材可以大阵列生产,类似于太阳能发电厂。而且,可以将生成的甲酸储存在溶液中,然后根据需要将其转化为不同类型的燃料。

在这样的转换系统中,干净高效的过程,没有任何不需要的副产物是最诱人的。如果必须处理有害的工业废物,可能会抵消任何可再生能源工艺的原本优势。

Wang说:“很难实现具有高度选择性的人工光合作用,因此您需要将尽可能多的阳光转化为燃料,而不是浪费。”

来自同一实验室的团队在2019年曾开发出“人造树叶”。尽管与照片纸具有类似的特征,但后者更坚固,更易于放大,并且所产生的燃料也更易于存储(人造树叶制成的储能物质是气体)。

这并不意味着新技术已准备好投入商用:研究人员首先需要提高反应效率;他们还在尝试用不同的催化剂得到不同的产品。

全面过渡到清洁能源的需求比以往任何时候都要迫切,但是正在筹建的项目数令我们感到鼓舞。但是,科学发现只是实际生产的序章。

“气体燃料的存储和副产物的分离可能会很复杂——我们要达到可以清洁生产液体燃料的程度,这种液体燃料要易于存储和运输。”剑桥大学的化学家Erwin Reisner说,“我们希望这项技术将为可持续和实用的太阳能生产铺平道路。”

该研究已发表在《自然·能源》上。

原文:https://www.sciencealert.com/new-artificial-photosynthesis-device-creates-energy-from-co2-water-and-sunlight

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