人造光和作用——另类能源再生idea

材料牛注：绿色植物可以产生光合作用，为我们的生活提供氧气，但如果化石燃料消耗殆尽，谁为我们提供能源呢，别担心，别样的光合作用会再次大显身手，研究人员已经发现了一种能够通过吸收光来将CO₂转化为CO的分子，为碳中性能源的开发奠定了基础。

能够通过收集阳光将二氧化碳转化为工业所需能源的渺小的树叶，已经激起广大科研人员的研究热情，他们采用细菌、微生物工程、化学反应以及铜和碳的催化剂去创造多种方法来使温室气体转化为能源。目前，印第安纳大学（Indiana University）的研究人员发现了一种能够通过光来转换二氧化碳为一氧化碳的分子，而一氧化碳则可以被视为一种能源。

虽然一氧化碳并不是一种广泛使用的燃料，但是在工业界它有其他的用途并且可以用来生产其他燃料。印第安纳大学所发现的新型分子从本质上讲更为高效，因为二氧化碳转换为一氧化碳的过程只需要消耗太阳能。当产生的燃料完全燃烧，同等量的二氧化碳又被释放出来，这样就形成了一个“碳中性”的燃料源。

该课题的首席研究员Liang-shi Li说到，“一氧化碳在许多工业生产中是一种重要的原料，同样也是一种通过碳中性燃料储存能源的方式，因为相比于吸收存储的碳，你不可能将更多的碳排放到大气中。你只需要重新利用太阳能来吸收二氧化碳进行转化。”

这个团队证明该项技术是制备一氧化碳最高效节能的途径，并且该分子是反应进行的重中之重。这个分子是通过纳米石墨烯和元素铼组成的，主要由两部分机制构成：纳米石墨烯吸收光并传送能量给铼原子，铼作为“发动机”还原二氧化碳为一氧化碳。

“如果你能够创造足够多的有效分子来作用于这个反应，它将会产出免费可储存的燃料能源。”Li解释道，“该项研究在这个领域是一个巨大的飞跃”。

在这之前，基于有机化合物和金属的类似方法已经用于了碳还原过程，但是这些方法通常只能吸收小范围的光谱。使用纳米石墨烯作为能量收集器，研究人员认为他们的分子能够更大范围的利用可见光谱，波长范围甚至能达到600nm。最初的想法是来自于一个使用纳米石墨烯来提高太阳能电池效率的早期研究。

Li说，“当时我们问自己：我们能够去掉太阳能电池这个中间过渡体，直接使用纳米石墨烯所吸收的光来独自驱动反应的进行吗？”

该团队利用高浓度的二氧化碳测试了该分子的性能，所用的二氧化碳浓度要比目前地球的二氧化碳浓度400ppm还要高。理论上，研究人员认为实验应该在正常浓度下运行，但是许多工作都需要在这个浓度之外进行测试。Li告诉New Atlas杂志，“有一些在低浓度二氧化碳下工作，并且和我们的催化剂也是匹配的。在早期研究中，很难说使用何种二氧化碳压强能够更加有意义。高压的二氧化碳并不难得到（例如，碳隔离）。这需要能量去实现，但是将会使二氧化碳还原速率加快。所以，在将来这需要更进一步的探讨优化。”

研究人员相信有很大的空间来提高分子本身的效率。在最后，他们计划选择用更为常见的锰来替代稀有金属——铼。分子的能量和寿命同样需要调整，团队试图将其应用于固体催化剂。

原文链接：Solar-powered molecule converts CO₂ into carbon-neutral fuel source

文献连接：Well-Defined Nanographene–Rhenium Complex as an Efficient Electrocatalyst and Photocatalyst for Selective CO₂ Reduction

本文由材料人编辑部丁菲菲提供素材，陈泽群编译，牛蕾审核，点我加入材料人编辑部。

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