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用光做催化剂,科传奇1.96蓝魔皓月学家将二氧化碳转化成了燃料

发布时间:2017-08-04 04:02

小编导读:

KaiyangNiu(左)和HaimeiZheng是这项研究的主要研究人员,他们手中拿着的小药瓶中装的是金属有机材料合成的光催化剂,可以有效地使二氧化碳转化成燃料。(图片来

用光做催化剂,科传奇1.96蓝魔皓月学家将二氧化碳转化成了燃料

  Kaiyang Niu (左)和Haimei Zheng是这项研究的主要研究人员,他们手中拿着的小药瓶中装的是金属有机材料合成的光催化剂,可以有效地使二氧化碳转化成燃料。(图片来源:MARILYN CHUNG / BERKELEY LAB)

  来自美国能源部劳伦斯伯克利国家实验室和新加坡南洋理工大学的科学家团队们发现了一种光激活的过程,可以使二氧化碳转化为一氧化碳,并且不会产生任何有毒的副产品,堪称双赢。

  这个成就被称赞为是寻求能利用太阳能来减少全球温室气体排放,并且能创造出可用燃料的关键一步。

  研究人员由来自伯克利实验室的Haimei Zheng共同领导,创建了一种镍有机光催化剂,制成一种类似金属有机骨架的基质(称作MOF),是一个由金属离子和聚合物组成的三维结构,可以用于氢气或二氧化碳的储存。

  该团队基于镍的基质与标准的MOF有很大的不同。MOF是刚性的,而新的材料则包含了许多“柔性”的链接,这便赋予了其海绵般的特性,大大提高了它以更高的效率将一种气体转换为另一种气体的能力。

  研究小组在《科学进展》杂志上发表了一篇文章,报告了这种材料,并指出,当这个材料处在反应室中时,它能将二氧化碳“完全”转化为一氧化碳。

  “我们展示了CO生产的近100%选择性,而反应结束后并没有发现氢气或甲烷等会发生竞争反应的气体产品,”Zheng表示,“这是一个大问题。在减少二氧化碳的过程中,你希望得到的只是一种产品,而不是混合着不同物质的产品。在这项研究之前,在光催化的co2到co转换过程,研究人员需要完全抑制氢的产生。”

  Zheng和他同事为了创建镍有机催化剂,首先在三乙二醇溶液中溶解了镍的前驱物。然后,研究人员将生成物暴露在一个不聚焦的红色激光上,令金属开始吸收光线。

  研究人员发现,改变激光的波长会生产不同的复合物。基于这一点,研究人员便可以判断哪些化学反应是由热催化的,哪些是由光催化的。

  通过使用气相色谱和质谱法测量所选的镍复合材料的性能,他们发现在室温下每保持一小时一克材料,就能够产生400毫升的一氧化碳。

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  海绵镍有机光催化剂将二氧化碳转化为一氧化碳的过程。(图片来源:KAIYANG NIU AND HAIMEI ZHENG / BERKELEY LAB)

  该材料不仅在操作上表现出了高效性和选择性,同时也展示出了相当大的鲁棒性,这便表明,当它被放大时,它将能承受长时间的高容量使用。

  该小组的工作可能会使世界以更有效且更有利可图的方式,来接近缓解气候变化的紧迫目标。

  将二氧化碳转化为一氧化碳是该领域的一个热门研究目标。例如,在2015年,加州大学伯克利分校的一个研究小组提出了使用电气化的钴卟啉来进行转换的方法。

  将二氧化碳转化为可交易的商品被视为是解决全球变暖问题的关键因素。“碳X奖”的赞助表明了这一研究的潜在好处,该奖项提供了总计2000万美元资金,包括一项750万美元的奖金,旨在促进研究出能有效地将二氧化碳从问题转化为利润的解决方案。

  “现在的世界需要创新的方法来寻求替代化石燃料的物质,并遏制大气中过量的二氧化碳,”Zheng表示,“利用太阳能将二氧化碳转化为燃料是一项全球性的研究工作。我们在这里展示的海绵镍有机光催化剂是利用太阳能为高价值多碳燃料的实际生产迈出的关键一步。”

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