人工光合作用技术迎来关键突破二氧化碳与水在自然光下高效“变能源” 国内新闻陕西节能低碳网-区域节能降碳综合门户-sxjndt.com

人工光合作用领域迎来一项关键突破!中国科学院地球环境研究所科研团队成功研发出一种可存储光生电子的材料,相当于为二氧化碳还原过程配备了“充电宝”,显著解决了长久以来光生电荷“来去匆匆”、难以高效利用的难题。该成果于北京时间2月1日在线发表于国际知名学术期刊《自然·通讯》,为利用自然光规模化转化二氧化碳,生产甲烷等清洁能源提供了可行的技术路径。

植物通过光合作用巧妙地将结构简单的二氧化碳和水转化为复杂的养分分子,为人类借助化学手段实现温室气体二氧化碳的资源化利用提供了自然范例。

中国科学院地球环境研究所黄宇研究员介绍,人工模拟这一过程长期受制于一个核心瓶颈,即光激发功能材料所产生的电子(用于还原二氧化碳)与空穴(用于氧化水)寿命极短,往往来不及完成催化反应便已消失,导致转化效率低下。

中国科学院地球环境研究所空气净化新技术团队受植物光合作用启发,提出了一种实现二氧化碳与水协同转化的通用策略。

“该方案模拟植物暂存光生电子的生理机制,创新设计出一种电子存储路径,通过定向设计、制备材料结构,使其能够在光照时储存电子,并在需要时精准释放,从而实现对二氧化碳与水反应速率和程度的精确调控。”该所研究员黄宇解释道,基于这一思路,研究团队成功研发出具有电子存储功能的银修饰三氧化钨材料,使得二氧化碳转化效率较传统方法提高了近百倍。更重要的是,这一“电子存储”策略具有普适性,可为多种催化材料配置“储能单元”,为人工光合作用技术提供了通用设计框架,并可在自然光条件下稳定进行。

该研究得到国家自然科学基金、黄土科学全国重点实验室项目等的支持。(记者张梅)