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新催化劑可提高人工光合作用效率
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使二氧化碳轉(zhuǎn)化為燃料的過(guò)程更節(jié)能
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據(jù)美國(guó)每日科學(xué)網(wǎng)站報(bào)道，美國(guó)科學(xué)家研制出了一種新的液體離子催化劑，大大改進(jìn)了人工光合作用進(jìn)行的效率，能更高效更節(jié)能地將二氧化碳轉(zhuǎn)變?yōu)槿剂稀Ｏ嚓P(guān)研究發(fā)表在近日出版的《科學(xué)》雜志上。
伊利諾伊大學(xué)化學(xué)與生物分子工程系教授保羅·柯尼斯領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)與新興公司二氧化物材料公司攜手，制造出了這種催化劑。二氧化物材料公司由該大學(xué)退休教授理查德·馬塞爾創(chuàng)辦。
在植物界，光合作用利用太陽(yáng)能將二氧化碳和水轉(zhuǎn)變成糖和其他碳?xì)浠衔铩？茖W(xué)家們可從糖中提取出生物燃料，糖可從玉米等農(nóng)作物中獲得。而人工光合作用可將二氧化碳轉(zhuǎn)變成有用的碳基化學(xué)物、燃料和其他化合物，在此過(guò)程中，科學(xué)家使用一個(gè)電化學(xué)電池——其利用太陽(yáng)能集熱器或風(fēng)力渦輪機(jī)提供的能量將二氧化碳轉(zhuǎn)變?yōu)楹?jiǎn)單的碳基燃料，例如甲酸或甲烷等，對(duì)甲酸或甲烷進(jìn)行進(jìn)一步提純可得到乙醇或其他燃料。
人工光合作用可取代利用生物質(zhì)制造碳基化學(xué)物和燃料等物質(zhì)。該論文的合作者馬塞爾表示：“人工光合作用最重要的一點(diǎn)是不會(huì)與人爭(zhēng)糧。與用生物質(zhì)發(fā)電相比，這種方法的發(fā)電成本更低。”
然而，人工光合作用的大規(guī)模應(yīng)用遇到一個(gè)“攔路虎”。制造燃料的第一步——將二氧化碳轉(zhuǎn)變?yōu)橐谎趸紩?huì)耗費(fèi)大量能量，需要大量電力才能使第一個(gè)反應(yīng)進(jìn)行。與得到的燃料所提供的能量相比，生產(chǎn)燃料所需的能量更多，得不償失。
現(xiàn)在，伊利諾伊大學(xué)的科學(xué)家們使用一種離子液體作為催化劑，大大減少了反應(yīng)發(fā)生所必需的能量。這種離子液體會(huì)讓反應(yīng)得到的中間產(chǎn)物保持穩(wěn)定，從而相應(yīng)地減少了轉(zhuǎn)化過(guò)程所需的電力。
另外，科學(xué)家們使用一個(gè)電化學(xué)電池作為流反應(yīng)器，將氣態(tài)二氧化碳輸入和氧氣輸出與能讓氣體溶于其中的液體電解質(zhì)分離開(kāi)。該電池的獨(dú)特設(shè)計(jì)使科學(xué)家能精準(zhǔn)地調(diào)整電解質(zhì)流的成分并改進(jìn)反應(yīng)動(dòng)力，包括增加離子液體作為合成催化劑等。柯尼斯表示：“這大大降低了二氧化碳反應(yīng)的超電勢(shì)。我們需要施加的電勢(shì)更低，因此能耗也更低。”
科學(xué)家們表示，接下來(lái)希望解決輸出生物燃料的數(shù)量并不大這一問(wèn)題，為了讓最新技術(shù)能進(jìn)行商業(yè)化生產(chǎn)，他們需要讓反應(yīng)更快并讓轉(zhuǎn)化得到的產(chǎn)物數(shù)量最大。該研究由美國(guó)能源部支持。
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