科學家們開發出一種人造葉子，它能利用陽光將二氧化碳轉化為碳氫化合物，為化石燃料提供了一種可持續的替代品。微小的銅”奈米花”被附著在人工葉片上，以產生清潔燃料和基本化學品，這些燃料和化學品構成了現代能源和製造業的支柱。

劍橋大學和加州大學柏克萊分校的研究人員開發出一種人工葉片，可利用陽光將二氧化碳轉化為有價值的碳氫化合物，從而減少對化石燃料的依賴。 該裝置將一種基於鈣鈦礦的太陽能電池與一種奈米銅花催化劑結合在一起，能夠生產乙烷和乙烯–燃料、化學品和塑膠的必需化合物。 資料來源：劍橋大學

劍橋大學和加州大學柏克萊分校的研究人員開發出一種只利用陽光生產碳氫化合物（由碳和氫組成的分子）的實用方法。

他們的裝置將一種由高效能太陽能電池材料鈣鈦礦製成的光吸收”葉片”與奈米銅催化劑整合在一起，將二氧化碳轉化為有價值的分子。 與大多數只能將二氧化碳轉化為單碳分子的金屬催化劑不同，銅花有助於生產含有兩個碳原子的更複雜的碳氫化合物，如乙烷和乙烯，它們是液體燃料、化學物質和塑膠的主要組成部分。

目前，幾乎所有的碳氫化合物都來自化石燃料，但劍橋-伯克利研究小組開發的方法可以用二氧化碳2、水和甘油（一種常見的有機化合物）製成清潔的化學物質和燃料，而不會產生任何額外的碳排放。研究結果發表在《自然催化》期刊。

這項研究建立在研究小組早先的人造樹葉研究基礎之上，而人造樹葉的靈感來自光合作用：植物將陽光轉化為食物的過程。該研究的第一作者、劍橋大學優素福-哈米德化學系的維吉爾-安德烈博士說：”我們希望超越基本的二氧化碳還原，生產更複雜的碳氫化合物，但這需要更多的能量。”

微小的銅”奈米花”被附著在人工葉片上，用於生產清潔燃料和化學品，這些燃料和化學品是現代能源和製造業的支柱。 資料來源：維吉爾-安德烈

安德烈是劍橋大學聖約翰學院的研究員，他在加州大學柏克萊分校楊培東教授的實驗室進行的這項工作是溫頓-劍橋-卡弗里ENSI 交流計畫的一部分。

透過將一種過氧化物光吸收劑與奈米銅催化劑耦合，研究小組能夠生產出更複雜的碳氫化合物。 為了進一步提高效率，克服水分離的能量限制，研究團隊添加了矽奈米線電極，它可以氧化甘油。 這種新平台生產碳氫化合物的效率更高，比早期的水和二氧化碳分離系統高出200 倍。

此反應不僅提高了二氧化碳的減排性能，還能生產出甘油酸鹽、乳酸鹽和甲酸鹽等高價值化學品，這些化學品可用於製藥、化妝品和化學合成。

“甘油通常被認為是廢物，但在這裡，它在提高反應速率方面發揮了關鍵作用，”Andrei 說。 “這表明我們可以將我們的平台應用於廣泛的化學過程，而不僅僅是廢物轉化。 透過精心設計催化劑的表面積，我們可以影響生成的產物，使製程更具選擇性。”

雖然目前CO₂ 對碳氫化合物的選擇性仍保持在10% 左右，但研究人員對改進催化劑設計以提高效率持樂觀態度。 研究小組設想將他們的平台應用於更複雜的有機反應，為永續化學生產的創新打開大門。 透過不斷改進，這項研究可以加速向循環型碳中和經濟過渡。

安德烈說：”這個計畫是全球研究合作如何帶來有影響力的科學進步的一個絕佳例子。透過結合劍橋大學和柏克萊大學的專業知識，我們開發出了一種系統，它可能會重塑我們可持續生產燃料和有價值化學品的方式。”

編譯自/ ScitechDaily