用光做催化劑，科學家將二氧化碳轉化成了燃料

圖片來源：MARILYN CHUNG / BERKELEY LAB

Kaiyang Niu (左)和Haimei Zheng是這項研究的主要研究人員，他們手中拿著的小藥瓶中裝的是金屬有機材料合成的光催化劑，可以有效地使二氧化碳轉化成燃料。

來自美國能源部勞倫斯伯克利國家實驗室和新加坡南洋理工大學的科學家團隊們發現了一種光激活的過程，可以使二氧化碳轉化為一氧化碳，並且不會產生任何有毒的副產品，堪稱雙贏。

這個成就被稱讚為是尋求能利用太陽能來減少全球溫室氣體排放，並且能創造出可用燃料的關鍵一步。

研究人員由來自伯克利實驗室的Haimei Zheng共同領導，創建了一種鎳有機光催化劑，製成一種類似金屬有機骨架的基質（稱作MOF），是一個由金屬離子和聚合物組成的三維結構，可以用於氫氣或二氧化碳的儲存。

該團隊基於鎳的基質與標準的MOF有很大的不同。MOF是剛性的，而新的材料則包含了許多「柔性」的鏈接，這便賦予了其海綿般的特性，大大提高了它以更高的效率將一種氣體轉換為另一種氣體的能力。

研究小組在《科學進展》雜誌上發表了一篇文章，報告了這種材料，並指出，當這個材料處在反應室中時，它能將二氧化碳「完全」轉化為一氧化碳。

「我們展示了CO生產的近100%選擇性，而反應結束後並沒有發現氫氣或甲烷等會發生競爭反應的氣體產品，」Zheng表示，「這是一個大問題。在減少二氧化碳的過程中，你希望得到的只是一種產品，而不是混合著不同物質的產品。在這項研究之前，在光催化的co2到co轉換過程，研究人員需要完全抑制氫的產生。」

Zheng和他同事為了創建鎳有機催化劑，首先在三乙二醇溶液中溶解了鎳的前驅物。然後，研究人員將生成物暴露在一個不聚焦的紅色激光上，令金屬開始吸收光線。

研究人員發現，改變激光的波長會生產不同的複合物。基於這一點，研究人員便可以判斷哪些化學反應是由熱催化的，哪些是由光催化的。

通過使用氣相色譜和質譜法測量所選的鎳複合材料的性能，他們發現在室溫下每保持一小時一克材料，就能夠產生400毫升的一氧化碳。

圖片來源：KAIYANG NIU AND HAIMEI ZHENG / BERKELEY LAB

海綿鎳有機光催化劑將二氧化碳轉化為一氧化碳的過程。

該材料不僅在操作上表現出了高效性和選擇性，同時也展示出了相當大的魯棒性，這便表明，當它被放大時，它將能承受長時間的高容量使用。

該小組的工作可能會使世界以更有效且更有利可圖的方式，來接近緩解氣候變化的緊迫目標。

將二氧化碳轉化為一氧化碳是該領域的一個熱門研究目標。例如，在2015年，加州大學伯克利分校的一個研究小組提出了使用電氣化的鈷卟啉來進行轉換的方法。

將二氧化碳轉化為可交易的商品被視為是解決全球變暖問題的關鍵因素。「碳X獎」的贊助表明了這一研究的潛在好處，該獎項提供了總計2000萬美元資金，包括一項750萬美元的獎金，旨在促進研究出能有效地將二氧化碳從問題轉化為利潤的解決方案。

「現在的世界需要創新的方法來尋求替代化石燃料的物質，並遏制大氣中過量的二氧化碳，」Zheng表示，「利用太陽能將二氧化碳轉化為燃料是一項全球性的研究工作。我們在這裡展示的海綿鎳有機光催化劑是利用太陽能為高價值多碳燃料的實際生產邁出的關鍵一步。」

蝌蚪五線譜編譯自cosmosmagazine，譯者 土豆同學，轉載須授權

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