美研製新型人造“葉片”
水 登 |
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新型人造“葉片”的三維效果圖，凸顯了該設備的光電極。
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科學家提出新設計方案，要
讓人工葉片走出實驗室。
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| 美研製新型人造“葉片” 美國耶魯大學科學家領銜的團隊研製出一款新型人造“葉片”，能以創紀錄效率模擬光合作用，將陽光、水和二氧化碳直接合成液體燃料甲醇。甲醇產率是此前制醇的人造“葉片”的卅二倍。相關論文發表於新一期《美國化學學會雜誌》。 新系統凝聚了團隊數十年的研究精髓：獨特的催化劑與創新的光電極。二者共同構建出一套更強、更精簡的轉化路徑，並可拓展至更廣闊的應用場景。 團隊此前已開發出這款催化劑，其利用電能將二氧化碳和水轉化為甲醇，催化活性中心是酞菁鈷（或其衍生物）的單分子結構。他們將該分子結構錨定在碳納米管表面。碳納米管強度極高，導電導熱性能優異，可源源不斷地將電子高速輸送到催化位點，從而把二氧化碳還原為甲醇。這是一個六電子還原過程，即向一個二氧化碳分子中注入六個電子。而在此發現之前，電子傳遞受限，止步於雙電子還原，分子催化劑只能將二氧化碳轉化為一氧化碳等產物。 光電極則由一系列覆蓋着富勒烯碳的矽微柱陣列構成。這一結構設計獨具匠心，兼具理想的電荷產生與分離幾何結構、量身定製的電子轉移介面以及更大的催化劑錨定表面積。 此次，團隊將該光電極、催化劑與多結鈣鈦礦光伏微型模組集成為獨立的太陽能燃料系統，實現了有史以來基於矽的二氧化碳到甲醇光電催化轉化的最高效率。其光轉化甲醇效率為0.8%，是此前人造“葉片”光轉醇紀錄的卅二倍。 這片新型“葉片”可從空氣中捕獲氣候變化的“元兇”二氧化碳，產出日益受到青睞的化學原料和替代液體燃料甲醇，開闢了一條可行的太陽能轉化與儲存新路徑。團隊計劃繼續優化這款新“葉片”的結構，以進一步提升轉化效率。 水登
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