二氧化碳变燃料－人工光合作用新发展

在植物界，植物可以凭借光合作用利用太阳能将二氧化碳和水转变成糖和其他碳氢化合物，而科学家们可从糖中提取出生物燃料。因此，模拟植物的这种生物化学功能，用人工光合作用将二氧化碳转变成有用的碳基化学物、燃料和其他化合物是许多科学家研究的方向。不过受制于现在的科技，科学了在模拟的过程中，需要使用一个电化学电池——其利用太阳能集热器或风力涡轮机提供的能量将二氧化碳转变为简单的碳基燃料，例如甲酸或甲烷等，对甲酸或甲烷进行进一步提纯可得到乙醇或其他燃料。

然而，正是前期转化需要大量电能这只“拦路虎”，给人工光合作用的大规模制造了目前为止仍然没有很好解决方案的大问题，因为在现在的技术下，制造燃料的第一步——将二氧化碳转变为一氧化碳会耗费大量能量，需要大量电力才能使第一个反应进行。这与得到的燃料所提供的能量相比，生产燃料所需的能量更多，得不偿失。

不过，事情总会往好的方向发展，最近据美国每日科学网站报道，美国科学家研制出了一种新的液体离子催化剂，大大改进了人工光合作用进行的效率，能更高效更节能地将二氧化碳转变为燃料。相关研究发表在近日出版的《科学》杂志上。

这个科研成果是由美国伊利诺伊大学化学与生物分子工程系教授保罗·柯尼斯领导的团队与新兴公司二氧化物材料公司携手创造的，它们目前已在实验室制造出了这种催化剂。

促成这次研究的二氧化物材料公司总裁理查德·马塞尔正是伊诺伊大学的退休教授。马塞尔一直致力于研究人工光合作用来取代利用生物质制造碳基化学物和燃料等物质的方法。马塞尔表示：“人工光合作用最重要的一点是不会与人争粮。与用生物质发电相比，这种方法的发电成本更低。”

现在，马塞尔和伊利诺伊大学的科学家们使用一种离子液体作为催化剂，大大减少了反应发生所必需的能量。这种离子液体会让反应得到的中间产物保持稳定，从而相应地减少了转化过程所需的电力。另外，科学家们使用一个电化学电池作为流反应器，将气态二氧化碳输入和氧气输出与能让气体溶于其中的液体电解质分离开。该电池的独特设计使科学家能精准地调整电解质流的成分并改进反应动力，包括增加离子液体作为合成催化剂等。参与此次研究的一名伊利诺伊大学的科学家柯尼斯表示：“这大大降低了二氧化碳反应的超电势。我们需要施加的电势更低，因此能耗也更低。”

科学家们表示，接下来希望解决输出生物燃料的数量并不大这一问题，为了让最新技术能进行商业化生产，他们需要让反应更快并让转化得到的产物数量最大。而该研究目前已得到美国能源部支持。

来源：《科学》杂志