伊利诺伊大学的化学家们通过人工光合作用成功利用水、二氧化碳和可见光生产燃料。通过将二氧化碳转化为更复杂的分子如丙烷，绿色能源技术现在更接近于利用多余的二氧化碳来储存太阳能——以化学键的形式——以便在太阳不发光和需求高峰时期使用。
在新研究中，研究人员开发了一种人工过程，该过程使用与植物在自然光合作用中使用的相同绿色可见光谱部分，将二氧化碳和水转化为燃料，同时结合了作为催化剂的富含电子的金纳米颗粒。新发现发表在《自然通讯》期刊上。
“这里的目标是从多余的二氧化碳和其他可持续资源如阳光中生产复杂的、可液化的碳氢化合物，”研究的合作作者、化学教授Prashant Jain说。“液体燃料是理想的，因为它们比气体更容易、更安全、更经济地运输，而且由于它们是由长链分子制成的，含有更多的键——这意味着它们能量密度更高。”
在Jain的实验室，研究的第一作者、博士后研究员Sungju Yu使用金属催化剂吸收绿光，并转移化学反应所需的电子和质子——填补了自然光合作用中叶绿素的角色。
金纳米颗粒作为催化剂特别有效，Jain说，因为它们的表面与二氧化碳分子有良好的相互作用，能高效吸收光，并且不像其他容易失去光泽的金属那样分解或退化。
有几种方法可以释放储存在碳氢化合物燃料键中的能量。然而，Jain说，容易的传统燃烧方法最终会产生更多的二氧化碳——这与首先收获和储存太阳能的概念相反。
“从这种过程中创建的碳氢化合物有其他更不寻常的潜在用途，”他说。“它们可以用来为燃料电池提供电力和电压。世界各地的实验室正在努力研究如何高效地进行碳氢化合物到电力的转换。”
尽管这种二氧化碳转化为液态燃料的开发对绿色能源技术来说可能令人兴奋，但研究人员承认，Jain的人工光合作用过程远不及植物中的高效。
“我们需要学习如何调整催化剂以提高化学反应的效率，”他说。“然后我们可以开始努力确定如何扩大过程的规模。而且，像任何非常规能源技术一样，将有许多经济可行性问题需要回答。”
能源与生物科学研究所通过EBI-Shell计划支持了这项研究。