人造光和作用——另類能源再生idea

材料牛注：綠色植物可以產生光合作用，為我們的生活提供氧氣，但如果化石燃料消耗殆盡，誰為我們提供能源呢，別擔心，別樣的光合作用會再次大顯身手，研究人員已經發現了一種能夠通過吸收光來將CO₂轉化為CO的分子，為碳中性能源的開發奠定了基礎。

能夠通過收集陽光將二氧化碳轉化為工業所需能源的渺小的樹葉，已經激起廣大科研人員的研究熱情，他們采用細菌、微生物工程、化學反應以及銅和碳的催化劑去創造多種方法來使溫室氣體轉化為能源。目前，印第安納大學（Indiana University）的研究人員發現了一種能夠通過光來轉換二氧化碳為一氧化碳的分子，而一氧化碳則可以被視為一種能源。

雖然一氧化碳并不是一種廣泛使用的燃料，但是在工業界它有其他的用途并且可以用來生產其他燃料。印第安納大學所發現的新型分子從本質上講更為高效，因為二氧化碳轉換為一氧化碳的過程只需要消耗太陽能。當產生的燃料完全燃燒，同等量的二氧化碳又被釋放出來，這樣就形成了一個“碳中性”的燃料源。

該課題的首席研究員Liang-shi Li說到，“一氧化碳在許多工業生產中是一種重要的原料，同樣也是一種通過碳中性燃料儲存能源的方式，因為相比于吸收存儲的碳，你不可能將更多的碳排放到大氣中。你只需要重新利用太陽能來吸收二氧化碳進行轉化。”

這個團隊證明該項技術是制備一氧化碳最高效節能的途徑，并且該分子是反應進行的重中之重。這個分子是通過納米石墨烯和元素錸組成的，主要由兩部分機制構成：納米石墨烯吸收光并傳送能量給錸原子，錸作為“發動機”還原二氧化碳為一氧化碳。

“如果你能夠創造足夠多的有效分子來作用于這個反應，它將會產出免費可儲存的燃料能源。”Li解釋道，“該項研究在這個領域是一個巨大的飛躍”。

在這之前，基于有機化合物和金屬的類似方法已經用于了碳還原過程，但是這些方法通常只能吸收小范圍的光譜。使用納米石墨烯作為能量收集器，研究人員認為他們的分子能夠更大范圍的利用可見光譜，波長范圍甚至能達到600nm。最初的想法是來自于一個使用納米石墨烯來提高太陽能電池效率的早期研究。

Li說，“當時我們問自己：我們能夠去掉太陽能電池這個中間過渡體，直接使用納米石墨烯所吸收的光來獨自驅動反應的進行嗎？”

該團隊利用高濃度的二氧化碳測試了該分子的性能，所用的二氧化碳濃度要比目前地球的二氧化碳濃度400ppm還要高。理論上，研究人員認為實驗應該在正常濃度下運行，但是許多工作都需要在這個濃度之外進行測試。Li告訴New Atlas雜志，“有一些在低濃度二氧化碳下工作，并且和我們的催化劑也是匹配的。在早期研究中，很難說使用何種二氧化碳壓強能夠更加有意義。高壓的二氧化碳并不難得到（例如，碳隔離）。這需要能量去實現，但是將會使二氧化碳還原速率加快。所以，在將來這需要更進一步的探討優化。”

研究人員相信有很大的空間來提高分子本身的效率。在最后，他們計劃選擇用更為常見的錳來替代稀有金屬——錸。分子的能量和壽命同樣需要調整，團隊試圖將其應用于固體催化劑。

原文鏈接：Solar-powered molecule converts CO₂ into carbon-neutral fuel source

文獻連接：Well-Defined Nanographene–Rhenium Complex as an Efficient Electrocatalyst and Photocatalyst for Selective CO₂?Reduction

本文由材料人編輯部丁菲菲提供素材，陳澤群編譯，牛蕾審核，點我加入材料人編輯部。

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