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触发人工光合作用净化空气的方法

2017-04-29   标签:二氧化碳 空气 燃料    来源:phys.org
万能的金属有机骨架又出新技能了:吸收蓝光将二氧化碳转换为燃料
Scientist invents way to trigger artificial photosynthesis to clean air

佛罗里达的一位化学教授发现了一种触发合成材料的光合作用的新方法,能将温室气体转换为洁净的空气,并同时产生能量。这一发现已发表在材料化学杂志A辑上。

这一过程有助于研发大大减少与气候变化相关的温室气体量的相关技术,并同时以清洁的方式产生能量。

触发人工光合作用净化空气的方法
Credit: UCF

中佛罗里达大学(UCF)助理教授Fernando Uribe-Romo说道:“这是一项突破性工作。从科学观点看,制造出一种能吸收特定颜色光的材料十分困难,但从社会观点来看我们对能减少温室气体的技术的研发做出了一定的贡献。”

Uribe-Romo和他的学生团队创造了一种新的方法,能触发金属有机骨架(MOF,也是在煎蛋见过很多次了)材料的化学反应,将二氧化碳分解为无害的有机材料。可以将其理解为人工光合作用过程,类似于植物将二氧化碳和光能转换为食物。不过相比产生食物,Uribe-Romo的方法产生的是太阳能燃料。

这也是全球科学家近些年所追求的,但其中的挑战在于找到一种能利用可见光触发这一化学转换的方法。紫外线的能量足够,能使常见材料发生这一反应,比如二氧化钛,但紫外线在地球接收到的光中仅占4%。可见光波——紫光到红光才是太阳光中的主要部分,但是少有材料能吸收这些光进行化学反应将二氧化碳转换为燃料。

研究者尝试了各种材料,但能吸收可见光的十分罕见且昂贵,比如铂、铼以及铱。

Uribe-Romo使用了常见的无毒材料——钛,并添加有机分子作为捕光天线,进行尝试,看能否生效。这种捕光天线分子名为N-alkyl-2-aminoterephthalates被集成到金属有机骨架之后可以吸收特定颜色的光。在此研究中能吸收蓝光。

该团队组装了一个蓝色LED光反应器来测试这一假设。将测定量的二氧化碳缓缓输入到看起来像日晒床的蓝光圆柱体光反应器中,观察反应是否发生。腔体内部的LED灯条发出蓝色光线,模拟太阳光的蓝光波长。

实验发现的确起作用了,化学反应将二氧化碳转换为两种简化形式的碳,形成两种太阳能燃料甲酸盐和甲酰胺,并在此过程中清洁了空气。

Uribe-Romo说道:“目标是继续调整该方法,提高其效率。”

Uribe-Romo想尝试调整合成材料,使得利用其他波段的可见光也能触发这一反应。如果能够成功,将能大大帮助减少温室气体。

“想法是建立许多捕捉大量二氧化碳的基站,比如靠近发电厂。气体会被吸入基站中,经过该过程循环并产生能量,输入到发电厂中。”

也许某天家主也能购买这种材料做成的屋瓦,清洁附近的空气同时为自家提供能量。

Uribe-Romo说道:“这可能会带来一波新的技术和基础设施建设浪潮。”


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