人造葉片+銅納米花能高效轉(zhuǎn)化二氧化碳

科技日報(bào)2025年2月4日報(bào)道，據(jù)最新一期《自然·催化》雜志報(bào)道，英國劍橋大學(xué)和美國加州大學(xué)伯克利分校研究團(tuán)隊(duì)將微小的銅納米花附著在人造葉片上，高效轉(zhuǎn)化二氧化碳，用以生產(chǎn)清潔能源和化學(xué)品，而這些可能正是現(xiàn)代能源和制造業(yè)的支柱產(chǎn)品。

團(tuán)隊(duì)開發(fā)出一種實(shí)用的方法，僅依靠太陽能就能制造出烴類，即由碳和氫組成的分子，也稱碳?xì)浠衔铩Ｋ麄冮_發(fā)的裝置由高效太陽能電池材料鈣鈦礦制成的吸光“葉片”與銅納米花催化劑結(jié)合在一起，能把二氧化碳轉(zhuǎn)化為有用分子。

與大多數(shù)只能將二氧化碳轉(zhuǎn)化為單碳分子的金屬催化劑相比，銅納米花能促成更復(fù)雜烴類的形成。這些烴類含有兩個(gè)碳原子，如乙烷和乙烯，是液體燃料、化學(xué)品和塑料的關(guān)鍵組成部分。

目前，幾乎所有的烴類都源自化石燃料，但團(tuán)隊(duì)研發(fā)的方法能利用二氧化碳、水和甘油制造出清潔的化學(xué)品和燃料，且不會(huì)產(chǎn)生任何額外的碳排放。

該研究建立在團(tuán)隊(duì)早期關(guān)于人造葉片的研究基礎(chǔ)上，其靈感來源于光合作用。此次，通過將鈣鈦礦光吸收器與銅納米花催化劑相結(jié)合，他們成功生產(chǎn)出了更復(fù)雜的烴類。為了進(jìn)一步提高效率并克服分解水的能量限制，團(tuán)隊(duì)添加了可以氧化甘油的硅納米線電極。這一新平臺生產(chǎn)烴類的效率超過以往分解水和二氧化碳的系統(tǒng)200倍。

該反應(yīng)不僅能提升二氧化碳還原性能，還能生產(chǎn)出甘油酸、乳酸和甲酸鹽等高價(jià)值化學(xué)品，這些在制藥、化妝品和化學(xué)合成領(lǐng)域都有應(yīng)用。

團(tuán)隊(duì)表示，甘油通常被視為廢棄物，但在此項(xiàng)研究中，其對提高反應(yīng)速率起著至關(guān)重要的作用。通過這一方式，新平臺不僅可以應(yīng)用于廢物轉(zhuǎn)化，還能廣泛應(yīng)用于各種化學(xué)過程。

團(tuán)隊(duì)計(jì)劃未來將平臺應(yīng)用于更復(fù)雜的有機(jī)反應(yīng)，隨著持續(xù)改進(jìn)，這項(xiàng)研究可能會(huì)加速向循環(huán)、碳中和目標(biāo)的過渡。

（2025年2月4日 張佳欣 科技日報(bào)）