引言
在应对全球气候变化和推动可持续发展的道路上，科学家们一直在探索如何将大气中的二氧化碳转化为有用的燃料。如今，密歇根大学的研究团队取得了一项重大突破——他们开发出了一种人工光合作用系统，能以前所未有的效率将二氧化碳转化为乙烯。这一发现不仅为减少温室气体排放提供了新途径，更为可持续燃料的生产开辟了新篇章。
主体
突破性的技术
密歇根大学电子与计算机工程系教授米泽天（Zetian Mi）领导的研究团队，成功制备了一种人工光合作用装置。该装置通过两种半导体材料——氮化镓纳米线和硅基底——吸收光线，将水和二氧化碳转化为乙烯。这一过程的效率、产量和装置寿命都远远高于其他已知的人工光合作用系统。
米泽天实验室的实验装置，潘宇阳用灯光照射该装置。
高效率与稳定性
研究团队发现，该装置在光照下产生的自由电子中有 61% 参与了生成乙烯的反应。这一效率比基于银和铜的催化剂高出约 10%，而且后者的运行时间仅为几个小时就会退化。相比之下，密歇根大学的装置在连续运行了 116 个小时后仍无减速迹象，其类似设备甚至已经运行了 3000 个小时。
转化过程
转化过程发生在纳米线上的铜簇上，每个铜簇约有 30 个原子。氮化镓纳米线林和硅基底共同作用，吸收光线并释放电子。这些电子使水分子裂解，产生氢气和氧气。铜簇则负责捕获氢气和二氧化碳中的碳，最终在铜和氮化镓氧化物的界面处完成乙烯的生成反应。
应用前景
乙烯是一种广泛用于塑料生产的碳氢化合物。通过人工光合作用收集二氧化碳，将其转化为乙烯，不仅减少了大气中的二氧化碳排放，还提供了一种可持续的塑料生产方法。
长期目标
研究团队的长期目标是生产出更长的碳氢链，制造出便于运输和储存的液体燃料。这将为交通领域提供一种可持续的燃料替代品，从而推动全球能源结构的转型。
结论
密歇根大学的研究团队在人工光合作用领域取得了里程碑式的成果。他们开发的系统不仅具有高效的转化效率，还具有出色的稳定性和寿命。这一技术的成功应用，不仅有助于减少二氧化碳排放，还为实现可持续能源生产和环境保护提供了新的可能性。未来，随着研究的深入，我们有望看到更多多碳化合物的生产，为人类社会的可持续发展贡献更多力量。
张炳兴（左）和潘宇阳（右）在米泽天的实验室里在硅片上生长氮化镓纳米线。
参考文献
-SciTechDaily. (2024). Artificial Photosynthesis Breakthrough Turns CO₂ into Ethylene with Record Efficiency. Retrieved from SciTechDaily
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