研究人员提出了一种设计解决方案，可以将人造叶片带出实验室并进入环境。他们改良的叶子，在空气中使用二氧化碳 – 一种强效的温室气体 –...
研究人员提出了一种设计解决方案，可以将人造叶片带出实验室并进入环境。他们改良的叶子，在空气中使用二氧化碳 – 一种强效的温室气体 – 在将二氧化碳转化为燃料时，其效率至少比天然叶子高10倍。
一种人造的，生物启发的叶子。当水（白色和红色球）从叶子底部蒸发时，二氧化碳（红色和黑色球）进入叶子。由涂有催化剂的光吸收剂制成的人造光系统（叶子中心的紫色圆圈）将二氧化碳转化为一氧化碳，并利用太阳光将水转化为氧气（显示为双红球）。 图片来源：Meenesh Singh
人造叶子模仿光合作用 – 植物利用空气中的水和二氧化碳利用太阳能产生碳水化合物的过程。但即使是最先进的人造叶片，它有望减少大气中的二氧化碳，但只能在实验室中使用，因为它们使用来自储罐的纯净加压二氧化碳。
但现在，伊利诺伊大学芝加哥分校的研究人员提出了一种设计解决方案，可以将人造叶片带出实验室并进入环境。他们改良的叶子，在空气中使用二氧化碳 – 一种强效的温室气体 – 在将二氧化碳转化为燃料时，其效率至少比天然叶子高10倍。他们的研究结果发表在ACS Sustainable Chemistry＆Engineering期刊上。
“到目前为止，所有在实验室测试的人造叶子设计都使用来自加压罐的二氧化碳。为了在现实世界中成功实施，这些设备需要能够从更稀释的来源吸取二氧化碳，例如作为燃煤发电厂释放的天然气和烟气，“UIC工程学院化学工程助理教授，该论文的通讯作者Meenesh Singh说。
从这些叶子中取出加压的二氧化碳供应意味着他们必须有办法从空气中收集和浓缩二氧化碳以驱动其人工光合作用反应。
Singh和他的同事Aditya Prajapati，他的实验室的研究生，提出通过将传统的人造叶子封装在由季铵树脂的半透膜和水填充的透明胶囊内来解决这个问题。当阳光变暖时，膜允许来自内部的水蒸发掉。当水通过膜流出时，它选择性地从空气中吸入二氧化碳。胶囊内的人造光合作用单元由涂有催化剂的光吸收剂组成，所述催化剂将二氧化碳转化为一氧化碳，其可被虹吸掉并用作产生各种合成燃料的基础。还产生氧气，可以收集或释放到周围环境中。
“通过在这种特殊的膜内包裹传统的人造叶片技术，整个单元能够在外面起作用，就像天然叶子一样，”辛格说。
根据他们的计算，每片长1.7米，宽0.2米的360片叶片每天可产生接近半吨的一氧化碳，可作为合成燃料的基础。覆盖500平方米面积的这些人造叶子中的360个将能够在一天内在阵列100米内的周围空气中将二氧化碳水平降低10％。
“我们的概念设计使用现成的材料和技术，这些材料和技术结合在一起可以生产一种人造叶片，可以在实验室外部署，它可以在减少大气中的温室气体方面发挥重要作用，”辛格说。
来源：伊利诺伊大学芝加哥分校