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2019年2月12日 (己亥年正月初八)

人造叶子问世

    2019年2月12日 (农历正月初八),人造叶子问世。

    人造仿生叶片示意图。当水从叶片底部蒸发时,二氧化碳进入叶片。以涂有催化剂的光吸收器为核心的人造光系统可以利用阳光将二氧化碳转化为一氧化碳,将水转化为氧气。

    人造叶片模拟光合作用是指采用仿生叶片利用空气中的水分和二氧化碳,在太阳能作用下生成碳水化合物的过程。但是,即便是最先进的人造叶片,也还只能在实验室内工作——人造叶片使用的二氧化碳源为实验室容器中的加压纯二氧化碳。

    2019年2月12日,《ACS可持续化学与工程》杂志发文称,美国伊利诺伊大学的研究人员提出了一种新的设计方案,有望将人工树叶从实验室带到现实环境中。改良后的人造叶片将二氧化碳转化为燃料的能力超过天然叶片近10倍。伊利诺伊大学化学工程助理教授、通信作者Meenesh Singh说:“目前,大多数人造叶片都只能在实验室中工作。为了让人造叶片具备实际工程意义,必须使其能在低浓度(空气和烟气等)二氧化碳中工作。

    想从人造叶片中分离出加压的二氧化碳?那就必须找到一种方法来收集和浓缩空气中的二氧化碳,以驱动人工光合反应。Singh和研究生Aditya Prajapati提出了问题的解决方案。他们将传统的人造叶片封装在装满水的透明胶囊中。胶囊是由季铵盐树脂型半透膜制成的。这种薄膜可以使水在阳光下蒸发掉。而当水通过薄膜时,它会选择性地从空气中吸收二氧化碳。胶囊内的人工光合作用装置主要包含一种涂有催化剂的吸光器。催化剂能将二氧化碳转化为一氧化碳,然后通过虹吸作用导出,作为合成燃料的原料。同时产生的氧气则可以被收集起来或直接释放到环境中。Singh说:“通过将传统的人造叶片包裹在这种特殊薄膜内,整个装置就能像天然叶子一样在室外发挥作用了。”

    根据Singh等的计算结果,360片人工叶子(每片长1.7米,宽0.2米)每天可以产生约0.5吨一氧化碳,并将其覆盖面积(约500平方米)100米范围内空气中的二氧化碳含量降低10%。Singh说:“我们的设计使用了现成的材料和技术。只有让人造叶片‘走出’实验室,才能让其真正在减少温室气体方面发挥作用。”

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