人工光合作用取得突破性进展，将二氧化碳高效转化为乙烯
密歇根大学研究人员开发出新型人工光合作用系统，以创纪录的效率将二氧化碳转化为乙烯，为可持续燃料生产开辟了新途径。
安阿伯，密歇根州 – 在应对气候变化的紧迫任务中，科学家们一直在努力寻找将二氧化碳转化为可持续燃料的方法。现在，密歇根大学的研究人员取得了重大突破，开发出一种人工光合作用系统，能够以前所未有的效率将二氧化碳转化为乙烯。这项研究发表在《自然-合成》杂志上，为利用太阳能生产可再生燃料开辟了新的可能性。
该系统利用两种半导体材料吸收光能：氮化镓纳米线林和硅基底。氮化镓纳米线林由直径仅为50纳米的纳米线组成，这些纳米线生长在硅基底上。当光照射到该装置时，氮化镓纳米线会释放电子，这些电子会与水分子发生反应，产生氢气和氧气。同时，铜簇催化剂会捕获二氧化碳中的碳原子，将其转化为一氧化碳。
研究人员发现，在光能和氢气的共同作用下，两个一氧化碳分子会与氢原子结合，形成乙烯分子。这个反应过程发生在铜簇催化剂和氮化镓氧化物界面处，氧原子被剥离并被水分子中的氢原子取代。
该系统在乙烯生产效率、产量和稳定性方面都超越了其他人工光合作用系统。它能够将 61% 的光能转化为乙烯，比其他类似系统高出四倍多。此外，该系统还表现出极高的稳定性，能够连续运行 116 个小时而没有性能下降。
“这种性能，或者说活性和稳定性，比通常报道的太阳能或光驱动二氧化碳还原成乙烯的性能高出五到六倍，”密歇根大学电子与计算机工程系教授米泽天（Zetian Mi）说。“乙烯实际上是世界上产量最高的有机化合物，但它通常是用石油和天然气在高温高压下生产出来的，所有这些都会排放二氧化碳。”
这项研究的意义在于它为利用二氧化碳生产可持续燃料提供了一种新的、高效的方法。乙烯是一种重要的化工原料，广泛应用于塑料、橡胶和合成纤维等产品的生产。通过将二氧化碳转化为乙烯，可以减少对化石燃料的依赖，降低碳排放，推动可持续发展。
“未来，我们还想生产其他一些多碳化合物，如三碳丙醇或液体产品，”论文第一作者张炳兴说。
液体燃料可以使许多现有的交通技术实现可持续发展，这也是米泽天的终极目标。
这项突破性的研究为人工光合作用领域带来了新的希望，为解决全球能源和环境问题提供了新的思路。随着技术的不断发展，人工光合作用有望成为未来能源生产的重要组成部分，为人类社会带来更加清洁、可持续的未来。
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