作為三大化石燃料之一，石油已經(jīng)滲入到生產(chǎn)、生活的各個方面，促進(jìn)人類文明的進(jìn)步和社會的發(fā)展。近日，伊朗國家石油公司的一艘油輪在沙特西部吉達(dá)港附近的紅海海域發(fā)生爆炸，造成大量原油泄漏。事件發(fā)生后，國內(nèi)原油短線跳漲，漲幅超3%，油服、油運(yùn)等石油相關(guān)多只個股大漲，足見石油對我們生活的影響。 根據(jù)英國石油公司的2019年世界能源統(tǒng)計年鑒指出，石油還夠人類使用50年。想象一下，假如有一天，世界上沒有石油這種燃料，我們的生活又會受到什么影響呢？為了應(yīng)對化石能源短缺帶來的一系列問題，世界各國科學(xué)家積極探索新技術(shù)、新發(fā)現(xiàn)，努力開發(fā)出可替代的新能源、新材料。 近日，劍橋大學(xué)化學(xué)系Erwin Reisner教授團(tuán)隊在Nature子刊Nature Materials上發(fā)表名為“Bias-free solar syngas production by integrating a molecular cobalt catalyst with perovskite–BiVO4 tandems”的文章。該文章系統(tǒng)闡述了以鈣鈦礦、碳納米管等催化劑和原料合成一種新材料，該材料就像樹葉一樣，能夠以水和二氧化碳為原料，太陽能為能量，進(jìn)行“光合作用”產(chǎn)生氫氣和一氧化碳合成氣體。 該團(tuán)隊接下來將以此技術(shù)為基礎(chǔ)，使用人造樹葉直接合成液體燃料，以替換汽油等化工燃料。

      研究預(yù)覽：以水和二氧化碳為原料通過光電化學(xué)（PEC）反應(yīng)合成氣體是發(fā)展碳循環(huán)經(jīng)濟(jì)最由吸引力的技術(shù)。但是常用催化劑存在過高的電勢、選擇性低和較高的成本等限制因素為這種可持續(xù)的能源轉(zhuǎn)化過程提出了挑戰(zhàn)。在這篇文章中，劍橋大學(xué)化學(xué)系Erwin Reisner教授團(tuán)隊將鈷卟啉催化劑與三陽離子混合鹵化物鈣鈦礦和BiVO4光吸收劑集成在一起固定在碳納米管上。該物質(zhì)展示了高度可調(diào)的光電化學(xué)（PEC）反應(yīng)感應(yīng)合成氣體。
    文中使用統(tǒng)計方法進(jìn)行數(shù)據(jù)分析了在低催化劑負(fù)載下的電極的最佳選擇性。在低至0.1太陽的光照強(qiáng)度下，鈣鈦礦光電陰極可選擇性的保持CO2水溶液狀態(tài)，從而減少一天的輻射，即使在低太陽光照強(qiáng)度下也可提供最大限度地利用日光的途徑。在1個太陽光照強(qiáng)度下，鈣鈦礦–BiVO4光電化學(xué)反應(yīng)（PEC）膜可以連續(xù)三天維持無偏合成氣的產(chǎn)生并與水氧化。以太陽能為能量來源，該設(shè)備的H2和CO的太陽能轉(zhuǎn)化效率分別為0.06％和0.02％，并且能夠在中性pH溶液中作為獨(dú)立的人工葉片運(yùn)行.

      劍橋大學(xué)化學(xué)系Erwin Reisner教授團(tuán)隊的這篇文章的創(chuàng)新點(diǎn)：受到自然界樹葉的光合作用啟發(fā)，開發(fā)出人造樹葉。光合作用是植物利用太陽光的能量將二氧化碳轉(zhuǎn)化為食物的自然過程，這是自然界幾乎所有能量的基本來源，該樹葉能以太陽為能源、二氧化碳和水為原料，合成燃料氣體氫氣和一氧化碳混合氣體，最終可用于開發(fā)可持續(xù)的液體燃料替代汽油等化工燃料。 在人造葉子上，類似于吸收陽光的植物中的分子的兩種光吸收劑與由天然豐富的元素鈷制成的催化劑結(jié)合在一起，當(dāng)設(shè)備浸入水中時，一個光吸收劑會使用催化劑產(chǎn)生氧氣。另一個進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，將二氧化碳和水還原為一氧化碳和氫氣，形成合成氣混合物。
該論文的作者，劍橋大學(xué)化學(xué)系的教授Erwin Reisner教授和他的學(xué)生Virgil Andrei接受了媒體的采訪。
    劍橋大學(xué)的Erwin Reisner教授已經(jīng)采用各種測試手法證明，這種碳平衡裝置在太陽能燃料領(lǐng)域樹立了新的標(biāo)桿，該裝置可以以可持續(xù)、簡單的方式直接生產(chǎn)天然氣，即氫氣和一氧化碳的合成氣體。與化石燃料相比，該系統(tǒng)以太陽光為能源，甚至是在陰天、下雨天，仍然可以有效地工作。 與當(dāng)前生產(chǎn)合成氣的工業(yè)過程不同，“人造葉片”不會向大氣釋放任何額外的二氧化碳。同時該合成氣體除作為燃料之外，還可以作為原材料，合成各種化工產(chǎn)品，如燃料、藥品、塑料和化學(xué)肥料等。 Erwin Reisner教授說；“您可能沒有聽說過合成氣本身，但是每天都會消費(fèi)和使用合成氣制造的產(chǎn)品。能夠可持續(xù)地生產(chǎn)合成氣對于全球碳循環(huán)以及建立可持續(xù)的化學(xué)和燃料工業(yè)而言是至關(guān)重要的一步?！睘榱藢崿F(xiàn)這個目標(biāo)，Erwin Reisner教授努力了7年的時間。

      該論文的第一作者，博士生維吉爾·安德烈（Virgil Andrei）說：“這意味著不僅限于在溫暖的國家使用該技術(shù)，也不只是在夏季使用該技術(shù)。可以在世界任何地方從黎明到黃昏使用它。還開發(fā)了其他“人造葉”裝置，但這些裝置通常只會產(chǎn)生氫氣。之所以能夠持續(xù)生產(chǎn)合成氣，是因為他們使用了多種材料和催化劑。
       人造樹葉裝置包括最先進(jìn)的鈣鈦礦光吸收劑，與由硅或染料敏化材料制成的傳統(tǒng)光吸收劑相比，該鈣鈦礦光吸收劑可提供高的光電壓和電流來驅(qū)動化學(xué)反應(yīng)，從而將二氧化碳還原為一氧化碳。同時考慮到裝置的成本問題，Erwin Reisner教授考慮使用鈷代替鉑或者銀作為分子催化劑。與鉑或者銀相比，鈷元素的成本非常低，而且在催化二氧化碳產(chǎn)生一氧化碳的過程中的催化效果更好。 Erwin Reisner教授表示：“接下來要做的是先將二氧化碳和水一步合成液態(tài)燃料，而不是先制造合成氣體再將其轉(zhuǎn)化為液態(tài)燃料，使用這種技術(shù)來生產(chǎn)可持續(xù)的液體燃料替代汽油的方法。 Erwin Reisner教授說：“盡管利用風(fēng)能和光伏等可再生能源發(fā)電已取得了巨大進(jìn)步，但合成汽油的發(fā)展至關(guān)重要，因為目前電力僅能滿足我們?nèi)蚩偰茉葱枨蟮?5％。對液體燃料的主要需求是可持續(xù)地為運(yùn)輸和航空等提供動力?！?安德烈（Andrei）說：“我們的目標(biāo)是可持續(xù)生產(chǎn)乙醇等可輕松用作燃料的產(chǎn)品。利用二氧化碳還原反應(yīng)從陽光中一步一步生產(chǎn)它具有挑戰(zhàn)性。但是我們有信心，我們將朝著正確的方向前進(jìn)，而且我們擁有正確的催化劑，因此我們相信我們將能夠生產(chǎn)出一種裝置可以在不久的將來證明這一過程?！?nbsp;

      四川蜀泰化工科技有限公司是一家國家級高新技術(shù)企業(yè)，作為中國領(lǐng)先的制氫產(chǎn)品和技術(shù)供應(yīng)商，其產(chǎn)品和技術(shù)已廣泛應(yīng)用于天然氣制氫裝置或制氫站、甲醇制氫裝置或制氫站、甲醇燃料電池、甲醇制氫機(jī)等領(lǐng)域。目前在世界范圍內(nèi)有600多個用戶，遍布中國31個省、市、自治區(qū)及歐洲、美洲、東南亞、獨(dú)聯(lián)體等14個國家和地區(qū)。蜀泰已獲國家專利授權(quán)21項，多個產(chǎn)品及技術(shù)通過了國家、省部級科技成果鑒定驗收，并獲得了中國創(chuàng)新大賽總決賽“優(yōu)秀企業(yè)”獎等獎項，擁有“四川省企業(yè)技術(shù)中心”、“院士專家工作站”、“醇?xì)渲攸c(diǎn)實驗室”等科研創(chuàng)新平臺。四川蜀泰化工科技有限公司的制氫技術(shù)，可為用戶提供氫氣純度為99.9%～99.999%的不同規(guī)模的甲醇制氫站、天然氣制氫站。

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