人工光合作用系统为二氧化碳减排提供有希望的解决方案

来自 实验室仪器网

重新利用二氧化碳生产可持续燃料的关键步骤是将碳原子连接在一起，密歇根大学的研究人员开发出了一种人工光合作用系统，该系统成功地将两个碳原子结合成碳氢化合物，效率达到业界领先水平。这项研究发表在《自然合成》杂志上。

该系统在生产乙烯的同时，在效率、产量和寿命方面都超越了之前的人工光合作用系统。一个潜在的应用是捕获本来会释放到大气中的二氧化碳，并将其用于生产塑料，因为乙烯是塑料制造中常用的碳氢化合物。

长期目标是创造更长的碳和氢原子链，最终生产出易于运输的液体燃料。一个挑战是从水（H2O，氢源）和二氧化碳（碳源）中完全去除氧气。

该装置使用两种半导体：硅基和氮化镓纳米线森林，每根纳米线只有50纳米宽。铜簇（每个约有30个原子）散布在纳米线上，二氧化碳和水就是在纳米线上转化成乙烯的。

当纳米线浸没在富含二氧化碳的水中并暴露在阳光下时，光能会释放电子，导致氮化镓纳米线表面附近的水分裂。这会产生氢气用于乙烯合成，以及氧气，氮化镓会吸收氧气形成氧化氮镓。

铜从二氧化碳中捕获氢和碳原子，将它们转化为一氧化碳。研究人员认为，两个一氧化碳分子与氢结合，在光的激发下获得能量，并在铜-氮化镓氧化物界面完成反应，氢原子取代氧原子。

研究人员发现，吸光半导体产生的自由电子中61%有助于乙烯的生成。另一种银铜基催化剂的效率约为50%，但它会在几个小时内降解，需要碳基流体才能运行。

相比之下，密歇根团队的设备连续运行了116小时，没有出现任何减速，类似设备运行了3,000小时。氧气对催化剂的增强作用及其在自愈过程中的作用，加上氮化镓的水分解功能，促成了这种耐用性。研究人员计划在未来的研究中探索该设备的耐久性极限。

最终，该系统产生乙烯的速率比任何竞争系统高出四倍多。该设备由Lurie纳米制造工厂建造，并由密歇根材料特性中心进行研究。

在密歇根大学创新伙伴关系(UMInnovationPartnerships)的帮助下，该团队已申请专利保护，并正在将该技术授权给NXFuels公司，NXFuels是小米联合创立的一家公司，与小米和密歇根大学都有财务关联。

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