美國利用人造光合作用回收溫室氣體 並生產出可用太陽能

【本刊訊】近年來,全世界都深受溫室效應的影響,其中導致溫室效應的最主要因素被認為是溫室氣體的過多排放。而最近,在美國中央佛羅里達大學(University of Central Florida)研究人員則發現一種方法,由人工觸發合成材料中的光合作用,可以將溫室氣體轉化成乾淨的空氣,並且能同時產生能源。此過程除了具有創造能顯著降低會造成溫室效應的溫室氣體外,同時也創造出一種清潔能源。

研究團隊創造出一種在能觸發化學反應的合成材料,稱作金屬有機骨架(metal-organic frameworks, MOF),能將二氧化碳(CO2)分解成無害的有機材料。就像植物的光合作用,是將二氧化碳和陽光轉化成碳水化合物,而這個發現不是生產出碳水化合物,而是生產出太陽能燃料。

一直以來,許多科學家都在追求將可見光引發化學轉化的方法。雖然紫外線具有足夠的能量能在像是二氧化鈦的一般材料中進行反應,但是紫外線的缺點在於僅佔太陽接收光的4%。而在可見光的範圍中,雖然佔太陽光線的大部分,但是卻沒有任何材料能夠吸收這些較低能量的光並產生將二氧化碳轉化成燃料的化學反應。儘管科學家已嘗試了各式各樣的材料,但是,能夠吸收可見光的材料往往都是稀有且昂貴的材料,像是鉑(platinum, Pt)、錸(rhenium, Re)和銥(iridium, Ir)等稀有材料。

有鑑於此,研究團隊嘗試使用鈦(titanium, Ti),是一種常見的無毒金屬,並添加有機分子作為估光的吸收天線,以便光的吸收並測試此方法是否能作用。而此光收集天線稱為N-烷基-2-氨基對苯二甲酸酯(N-alkyl-2-aminoterephthalates),被設計成當加入金屬有機骨架時能吸收特定藍色光。

研究團隊為此組裝了一個藍色的、圓筒狀的LED反應器來進行測試,將二氧化碳緩慢的加入反應器中。研究發現,它能將二氧化碳轉化成2種還原的碳並同時清潔空氣,而這兩種原料也是太陽能燃料,分別是甲酸(formate, HCOOH)和甲酰胺(formamides, HCONH2)。

研究團隊也表示未來的目標是會繼續調整此方法,並觀察其他可見光波長是否也能被觸發與合成材料的化學反應。若此方法能夠不斷進步,研究人員也期望未來能夠建立吸收大量二氧化碳的工廠,並透過此方法回收二氧化碳並且使用其重新被產出的能量。

University of Central Florida, Triggering artificial photosynthesis to clean air, 2017/4/25.

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