用光做催化剂，科学家将二氧化碳转化成了燃料

牛开阳(左)和郑海梅是本研究的主要研究者。他们手中的小药瓶含有由金属有机材料合成的光催化剂，可以有效地将二氧化碳转化为燃料。(照片来源:MARILYN CHUNG/BERKELEY LAB)

美国能源部劳伦斯·伯克利国家实验室和新加坡南洋理工大学的科学家发现了一种光活化过程，这种过程可以将二氧化碳转化为一氧化碳，而不会产生任何有毒的副产品，这是一种双赢的局面。

这一成就被誉为寻找太阳能以减少全球温室气体排放和创造可用燃料的关键一步。

在伯克利实验室郑海梅的共同领导下，研究人员创造了一种镍有机光催化剂，并制成了一种类似于金属有机框架(称为MOF)的基质，这是一种由金属离子和聚合物组成的三维结构，可用于储存氢气或二氧化碳。

该团队的镍基基质与标准的MOF非常不同。MOF是刚性的，而新材料包含许多“柔性”链节，这赋予了它海绵状的特性，并极大地提高了其将一种气体高效转化为另一种气体的能力。

该研究小组在《科学进步》杂志上发表了一篇文章，报道了该材料，并指出当该材料在反应室中时，它可以“完全”将二氧化碳转化为一氧化碳。

“我们在一氧化碳生产中表现出了接近100%的选择性，并且在反应后没有发现像氢气或甲烷这样会发生竞争反应的气体产物，”郑说。“这是一个大问题。在减少二氧化碳的过程中，你想要的只是一种产品，而不是混合不同物质的产品。在这项研究之前，研究人员需要完全抑制光催化二氧化碳转化为一氧化碳过程中的氢气产生。

郑和他的同事首先将镍的前体溶解在三甘醇溶液中，以制造镍有机催化剂。研究人员随后将该产品暴露在未聚焦的红色激光下，使金属开始吸收光线。

研究人员发现改变激光的波长会产生不同的化合物。基于此，研究人员可以判断哪些化学反应是由热催化的，哪些是由光催化催化的。

通过使用气相色谱和质谱法测量所选镍复合材料的性能，他们发现每克材料在室温下放置一小时，可以产生400毫升的一氧化碳。

海绵镍有机光催化剂将二氧化碳转化为一氧化碳的过程。(照片来源:kaiyangniu和haimei zheng/berkeleyalab)

该材料不仅在操作中显示出高效率和选择性，而且还显示出相当大的坚固性，这表明当它被扩大时，它将能够承受长期高容量使用。

该小组的工作可能使世界以更有效和更有利可图的方式实现减缓气候变化的紧迫目标。

将二氧化碳转化为一氧化碳是该领域的研究热点。例如，2015年，加州大学伯克利分校的一个研究小组提出了一种利用带电钴卟啉进行转化的方法。

将二氧化碳转化为可交易商品被认为是解决全球变暖问题的关键因素。“碳十奖”的赞助显示了这项研究的潜在好处。该奖项共提供2000万美元，其中包括750万美元的奖金，旨在促进研究解决方案，有效地将二氧化碳从问题转化为利润。

“现在世界需要创新的方法来寻找化石燃料的替代品，并控制大气中过量的二氧化碳，”郑说。“利用太阳能将二氧化碳转化为燃料是一项全球性的研究工作。我们在这里展示的海绵镍有机光催化剂是利用太阳能生产高价值多碳燃料的关键一步。”

蝌蚪工作人员从宇宙杂志编辑，翻译土豆同学，转载必须授权