端聞

被稱為「人造樹葉」的新型太陽能電池可將二氧化碳轉化為燃料


太陽能光合作用電池取得新突破,可將大氣中的二氧化碳直接轉化成合成氣。
太陽能光合作用電池取得新突破,可將大氣中的二氧化碳直接轉化成合成氣。來源:University of Illinois at Chicago

太陽能和綠色科技都是當前熱門研發領域,最近一款新型太陽能光合作用電池將二者結合在了一起。美國伊利諾伊大學芝加哥分校(UIC)領銜的一項研究顯示,這款太陽能電池利用植物光合作用原理,可收集空氣中的二氧化碳,並將其轉化為可直接使用的碳氫化合物燃料(Hydrocarbon Fuel),因此被稱作「人造樹葉」(Artificial Leaf)。這項新技術不僅有助於淘汰化石燃料以減少大氣碳含量,還能有效產出高密度能源。

這些成果很好地融合了計算研究和實驗,利用新知識巧妙地結合化學設計,在有重大挑戰性的催化劑研究領域取得了巨大進步。

美國國家科學基金會(NSF)項目主管 Robert McCabe

這項由美國國家科學基金會(NSF)和美國能源部資助的研究近日發表在著名學術期刊《科學》(Science)上。論文稱,這款新型電池與傳統太陽能電池的運作原理有所不同:傳統太陽能電池是將太陽能轉化為電力儲存在電池中;而由兩塊18平方釐米的矽三聯光伏電池(Silicon Triple-Junction Photovoltaic Cell)組成的新型太陽能電池,則是通過吸收二氧化碳,在受到每平方米100瓦(相當於地球表面接收的平均光強)的光照後,生成氫氣和一氧化碳的合成氣體——該氣體能夠作為燃料直接燃燒,也可轉化為柴油或其他碳氫化合物燃料。

近年來,學術界在探索利用二氧化碳的方法時,高效催化劑成為一個難題。在此次研發中,科學家使用了一種高效且便宜的新型「過渡金屬硫化物電催化劑」(Transition Metal Dichalcogenides,TMDCs),該催化劑為納米結構化合物,比銀等傳統貴金屬催化劑的反應更活躍,且價格僅為傳統催化劑的二十分之一。另外,TMDCs 將配合新型離子溶液作為電解質,該離子溶液能夠保證催化劑在反應中不被毒化和氧化。

這篇論文的通訊作者、UIC 機械與工業工程系助理教授 Amin Salehi-Khojin 表示,這款新型太陽能電池不是光伏作用(Photovoltaic),而是光合作用(Photosynthetic),這意味着新型電池可以循環利用大氣中的二氧化碳,相比於從化石燃料到温室氣體的單向產能過程,新型電池可以實現「逆轉」來高效利用燃料。他還指出,若能在以二氧化碳為主要氣體的火星上發現水,該新型太陽能電池或有望在火星上使用。

這並非科學家第一次利用人造光合作用實現能源轉化。2015年,加州大學伯克利分校(UC Berkeley)的研究人員曾利用相似的轉化過程,將二氧化碳轉化為某種化學物質,該化學物質可以用來製造塑料、藥物、甚至是生化燃料。

1000
新型催化劑 TMDCs 的反應速度比傳統貴金屬催化劑快1000倍。

聲音

這項發明真是太好了,可以使人們減少使用化石燃料。但是要製作這些納米結構化合物(TMDCs)需要花費多少錢呢?

網友 Guile

所有的屋頂都應該覆蓋太陽能電池,尤其是倉庫;停車場也應該覆蓋太陽能面板。

網友 Kerfoot

太陽能電池

太陽能電池(亦稱太陽能晶片或光電池)是一種將太陽光轉成電能的裝置。依照光電效應,當光線照射在導體或半導體上時,光子與導體或半導體中的電子作用,會造成電子的流動,而光的波長越短,頻率越高,電子所具有的能量就越高,例如紫外線所具有的能量便高於紅外線,因此,同一材料被紫外線照射產生的流動電子能量將較高。並非所有波長的光都能轉化為電能,只有頻率超越可產生光電效應的閾值時,電流才能產生。在常見的半導體太陽能電池中,透過適當的能階設計,便可有效的吸收太陽所發出的光,並產生電壓與電流。這種現象又被稱為太陽能光伏。太陽能發電是一種可再生的環保發電方式,其發電過程中不會產生二氧化碳等温室氣體,因此不會對環境造成污染。(資料來自維基百科)

來源:Phys.orgEngadget奇客資訊

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