这个分子叶使用太阳把CO2变成燃料
照片来源: MaxPixel。 (CC0)

化学家设计了一种使用光或电将二氧化碳转化为一氧化碳(一种碳中性燃料来源)的分子,比其他任何“减碳方法”都更有效。

印地安那大学布卢明顿分校化学系副教授李良石说:“如果能够为这个反应创造一个足够高效的分子,它将产生以燃料形式自由存储的能量。 “这项研究是朝这个方向迈出的重大一步。”

燃烧的燃料(如一氧化碳)会产生二氧化碳并释放能量。 将二氧化碳转化回燃料需要至少相同的能量。 科学家的一个主要目标是减少所需的多余能源。

这正是李的分子所能达到的目标:迄今为止所报告的最少量的能量驱动一氧化碳的形成。 通过称为联吡啶的有机化合物连接的分子 - 纳米石墨烯 - 铼络合物触发高效反应,将二氧化碳转化为一氧化碳。

由于分子的多功能性,有效且专一地产生一氧化碳的能力是显着的。

“一氧化碳是许多工业过程中的重要原料,”李说。 “这也是将能源储存为碳中性燃料的一种方式,因为您不会再将大气中的碳排放到大气中。 你只是重新释放你用来制造它的太阳能。“


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分子效率的秘密是纳米石墨烯 - 一种纳米级的石墨,一种常见的碳(即铅笔中的黑色“铅”) - 因为材料的深色吸收了大量的阳光。

李说,联吡啶 - 金属配合物长期以来一直被研究用二氧化碳还原成一氧化碳和阳光。 但是这些分子只能使用太阳光中的一小部分光线,主要是在肉眼看不到的紫外线范围内。 相反,该分子利用纳米石墨烯的光吸收能力来产生使用波长高达600纳米(大部分可见光谱)的阳光的反应。

Li说,基本上,这个分子起着两部分的作用:一个纳米石墨烯“能量收集器”,能够吸收阳光中的能量,一个是产生一氧化碳的原子铼“引擎”。 能量收集器驱动电子流向铼原子,铼原子反复结合并将正常稳定的二氧化碳转化为一氧化碳。

将纳米石墨烯与金属结合起来的想法源自李先生早先为碳基材料创造更高效的太阳能电池的努力。 他说:“我们问自己:我们能否把中间人太阳能电池剪掉,只用纳米石墨烯的吸光性来驱动反应?”

接下来,Li计划使分子更强大,包括使其更持久,以非液体形式存活,因为固体催化剂更容易在现实世界中使用。 他还在努力用锰代替分子中的铼原子 - 一种稀有元素,这是一种更常见和更便宜的金属。

美国印第安纳大学研究与副教务长办公室和国家科学基金会支持这项研究 在美国化学学会的杂志.

Sumber: 美国印第安纳大学

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