"人工樹葉"太陽能轉(zhuǎn)化率可達(dá)12.7%

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哈佛大學(xué)研究人員近日在模擬自然光照的條件下，利用廉價的過渡金屬材料合成出“人工樹葉”，成功實現(xiàn)二氧化碳的高效固定，并達(dá)到12.7 %的太陽能轉(zhuǎn)化率，是自然界葉片轉(zhuǎn)化效率的30倍以上。相關(guān)成果20日發(fā)表在《細(xì)胞》雜志旗
哈佛大學(xué)研究人員近日在模擬自然光照的條件下，利用廉價的過渡金屬材料合成出“人工樹葉”，成功實現(xiàn)二氧化碳的高效固定，并達(dá)到12.7 %的太陽能轉(zhuǎn)化率，是自然界葉片轉(zhuǎn)化效率的30倍以上。相關(guān)成果20日發(fā)表在《細(xì)胞》雜志旗下《Chem》期刊上。
 
 
二氧化碳是當(dāng)前溫室效應(yīng)的主要來源之一，如何有效地捕集、處理二氧化碳成為全球關(guān)注的焦點。自然界樹葉的光合作用，直接利用光能把二氧化碳和水分子固定為碳水化合物，為科學(xué)家提供了一個很好的思路。開發(fā)高效低成本的（光）電催化劑來把二氧化碳轉(zhuǎn)化為更高價值的化工產(chǎn)品和燃料分子、更好地解決全球的能源與環(huán)境問題，也是科學(xué)家們孜孜以求的目標(biāo)。
對此，哈佛大學(xué)羅蘭研究所汪淏田團隊與斯坦福大學(xué)崔屹團隊等合作，構(gòu)建了一套由廉價金屬鎳和鈷等材料組成的人工葉片系統(tǒng)。以鋰離子電化學(xué)調(diào)控的氧化鈷催化劑將水分子氧化，釋放出氧氣和質(zhì)子；而鎳金屬單原子催化劑則高效的將質(zhì)子注入二氧化碳分子中，得到一氧化碳還原產(chǎn)物，選擇性高達(dá)93.2%，后者也是重要的化工原料和燃料氣體。
文章通訊作者汪淏田20日接受科技日報采訪時表示，在人工光和作用的過程中，最具有挑戰(zhàn)性的一步就是如何對二氧化碳進(jìn)行高選擇性的還原。這是因為絕大部分的催化劑更愿意選擇把質(zhì)子直接還原成氫氣分子，而不是將其注入二氧化碳分子進(jìn)行還原；傳統(tǒng)意義上的鎳金屬催化劑就是這樣。而他們在實驗中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)將鎳金屬催化劑完全分散為鎳的單原子時，鎳單原子的物理化學(xué)性能發(fā)生了巨大變化，對二氧化碳還原的選擇性從零躍升至93.2%，可與金、銀等貴重金屬催化劑媲美。