將人造葉子移出實驗室並進入空氣中

一種人造的，生物啟發的葉子。當水（白色和紅色球）從葉子底部蒸發時，二氧化碳（紅色和黑色球）進入葉子。由塗有催化劑的光吸收劑製成的人造光系統（葉子中心的紫色圓圈）將二氧化碳轉化為一氧化碳，並利用太陽光將水轉化為氧氣（顯示為雙紅球）。

圖片來源：Meenesh Singh

人造葉子模仿光合作用 - 植物利用空氣中的水和二氧化碳利用太陽能產生碳水化合物的過程。但即使是最先進的人造葉片，它有望減少大氣中的二氧化碳，但只能在實驗室中使用，因為它們使用來自儲罐的純凈加壓二氧化碳。

但現在，伊利諾伊大學芝加哥分校的研究人員提出了一種設計解決方案，可以將人造葉片帶出實驗室並進入環境。他們改良的葉子，在空氣中使用二氧化碳 - 一種強效的溫室氣體 - 在將二氧化碳轉化為燃料時，其效率至少比天然葉子高10倍。他們的研究結果發表在ACS Sustainable Chemistry＆Engineering期刊上。

「到目前為止，所有在實驗室測試的人造葉子設計都使用來自加壓罐的二氧化碳。為了在現實世界中成功實施，這些設備需要能夠從更稀釋的來源吸取二氧化碳，例如作為燃煤發電廠釋放的天然氣和煙氣，「UIC工程學院化學工程助理教授，該論文的通訊作者Meenesh Singh說。

從這些葉子中取出加壓的二氧化碳供應意味著他們必須有辦法從空氣中收集和濃縮二氧化碳以驅動其人工光合作用反應。

Singh和他的同事Aditya Prajapati，他的實驗室的研究生，提出通過將傳統的人造葉子封裝在由季銨樹脂的半透膜和水填充的透明膠囊內來解決這個問題。當陽光變暖時，膜允許來自內部的水蒸發掉。當水通過膜流出時，它選擇性地從空氣中吸入二氧化碳。膠囊內的人造光合作用單元由塗有催化劑的光吸收劑組成，所述催化劑將二氧化碳轉化為一氧化碳，其可被虹吸掉並用作產生各種合成燃料的基礎。還產生氧氣，可以收集或釋放到周圍環境中。

「通過在這種特殊的膜內包裹傳統的人造葉片技術，整個單元能夠在外面起作用，就像天然葉子一樣，」辛格說。

根據他們的計算，每片長1.7米，寬0.2米的360片葉片每天可產生接近半噸的一氧化碳，可作為合成燃料的基礎。覆蓋500平方米面積的這些人造葉子中的360個將能夠在一天內在陣列100米內的周圍空氣中將二氧化碳水平降低10％。

「我們的概念設計使用現成的材料和技術，這些材料和技術結合在一起可以生產一種人造葉片，可以在實驗室外部署，它可以在減少大氣中的溫室氣體方面發揮重要作用，」辛格說。

（來源：伊利諾伊大學芝加哥分校 ）

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