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2019-06-24人工光合作用 二氧化碳轉換為液化燃料 450 期

Author 作者 編輯部

【本刊訊】美國伊利諾大學(University of Illinois)的研究團隊近日發表於《自然通訊》(Nature Communications)的研究發現,利用水、二氧化碳及可見光成功將 二氧化碳轉化為液化燃料,可作為處理二氧化碳的全新方法。透過將二氧化碳轉換為結構更複雜的分子(如丙烷),此綠色 能源技術未來可將過量的二氧化碳儲存太陽能,並以化學方式,就算是陽光不充沛的地方也能正常使用。

一般而言,植物能透過吸收陽光,將水與二氧化碳進行光合作用的化學反應,以能量密度極高的葡萄糖形式產生並儲存太陽能。在此研究中,研究人員利用人工方式,利用與植物在光合作用過程中的相同光譜,使二氧化碳及水轉化為燃料,並以富含電子的金奈米顆粒作為催化劑進行反應。研究人員表示,該技術的目標,是將 過量的二氧化碳轉化為可液化的碳氫化合物。而之所以選擇轉化為液態,是由於液體比起氣體更安全、容易製造且符合經濟效益。而因碳氫化合物為長鏈分子構成, 代表其能夠儲存更多能量。

研究人員利用金屬催化劑吸收綠光,並轉移二氧化碳和水之間化學反應所需的電子與質子,填補葉綠素在光合作用中的角色。研究人員表示,金奈米粒子作為催化劑特別有效,因為其表面與二氧化碳分子有良好的交互作用,能有效吸收光線,而不會如同其他易褪色的金屬,容易分解或降解。目前,有幾種方式可釋放儲存在碳氫化合物中的能量。其中最簡單且常見的方法,是對其進行燃燒,但卻同時會產生 更多的二氧化碳,這對於儲存能量的目標背道而馳。因此,研究團隊積極尋找該化 合物的其他用途。舉例而言,它們可用於為電池供電,並產生電流和電壓。而目前 各地的研究機構都致力於找出轉化該碳氫化合物的有效方法。

研究團隊表示,這種二氧化碳的液體燃 料開發未來可適用於綠色能源技術,對於面對當今的環保議題,將會是潛力無窮的 選擇。不過研究人員坦承,比起植物,目前的人工光合作用技術的轉化效率仍舊不高。為了解決轉換效率不佳的問題,團隊 後續需要調整催化劑的使用,以提高化學反應的效率。如同其他許多非傳統新興能 源技術,未來研究團隊將面臨許多經濟可行性的問題,並試圖找出解決方案,或許困擾人類已久的環境問題,能有釜底抽薪的解決之道。

 

新聞來源

Sungju Yu and Prashant K. Jain, Plasmonic photosynthesis of C1–C3 hydrocarbons from carbon dioxide assisted by an ionic liquid, Nature Communications, 2019.