「人造樹葉」透過太陽能將空氣內的 CO2 轉化為燃料 (圖:University of Illinois)

美國芝加哥伊利諾伊大學(University of Illinois)的研究人員最近在《科學》期刊上報道了一種全新的太陽能電池。這種電池只需要利用太陽能,就能將空氣中的二氧化碳(CO2 )直接轉化為燃料。由於成本低廉,轉化高效,這種電池很可能改寫整個研究領域。

「人造樹葉」與傳統太陽能電池有何不同?

傳統太陽能電池將陽光轉化為電能後,必須儲存在笨重的電池組中。這樣從太陽能到實際應用,至少需要兩步轉化:太陽能——電池,電池——其它用途。而最新研究出的太陽能電池,可以利用太陽能,直接將大氣中的二氧化碳轉化為燃料。這跟植物利用太陽能製造糖類非常類似,堪稱「人造樹葉」。

「人造樹葉」的突破

 為了解決環境及能源問題,將二氧化碳轉化為燃料一直是研究人員孜孜以求的目標。然而,由於二氧化碳化學性質穩定,很多轉化方法的效率並不高,有時還需要銀之類的貴金屬做催化劑。如何提高轉化效率,是太陽能電池研究領域的一個重大問題。

最新的太陽能電池在這個問題上取得了重大進展。突破點主要有兩處。第一,使用了一類新的納米材料做催化劑,過渡金屬二硫化合物(transition metal dichalcogenides,TMDCs)。其中催化效果最好的是納米片狀的二硒化鎢(WSe2)。第二個突破點,使用了全新的電解質溶液,將乙基甲基咪唑鎓四氟硼酸鹽(ethyl-methyl-imidazolium tetrafluoroborate)與等量水混合。保護催化劑,確保反應高效進行。

人造樹葉二氧化碳
這種電池能將空氣中的二氧化碳直接轉化為燃料,堪稱「人造樹葉」

「人造樹葉」的應用前景

 確切地說,「人造樹葉」的產物是合成氣,即氫氣和一氧化碳的混合氣體,可以直接燃燒,也可進一步轉化成柴油或其他碳氫燃料。無論是小範圍使用,還是建成大規模的「人造樹葉」農場,都非常有實用價值。

關於應用前景,項目負責人 Salehi-Khojin 表示,這項技術將來說不定能用到火星上。火星的大氣成分主要是二氧化碳,只要再找到水,「人造樹葉」就能在火星上大展身手。

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