从阳光合成天然气的“收获”

植物利用光合作用从阳光中获取能量。现在,研究人员在慕尼黑工业大学(TUM)应用这一原则为基础开发新的可持续过程在将来可能产生合成气(合成气体)大型化工、电池充电。

合成气(一氧化碳和氢气的混合物,是一个重要的中间产品的生产很多化学入门材料,如氨、甲醇和合成碳氢燃料。“合成气目前几乎完全使用化石原料,”罗兰·费希尔教授说从椅子上的无机和有机金属化学。

黄色粉末,由费舍尔领导的研究小组开发的,是要改变这一切。科学家们的灵感来自光合作用,植物利用这一过程产生化学能。“自然需要二氧化碳和水进行光合作用,”费舍尔说。研究人员开发的纳米材料模仿酶参与光合作用的属性。“nanozyme”产生合成气利用二氧化碳,水,光以类似的方式。

记录值效率

菲利普·斯坦利博士解决这个话题作为他的博士论文的一部分,解释说:“一个分子接管能源天线的任务,类似于植物的叶绿素分子。光接收和电子传递到反应中心的催化剂。”The innovative aspect of the researchers' system: There are now two reaction centers which are linked to the antenna. One of these centers converts carbon dioxide into carbon monoxide, while the other turns water into hydrogen. The major design challenge was to arrange the antenna, the mechanism for passing on the electrons and the two catalysts, in such a way that the highest possible yield is achieved from the light.

和团队完成。”为36%,从光的超高能源产量,”Stanley说。“我们成功地将多达三分之一的光子转化为化学能。之前的系统通常达到每十光子。这个结果提出希望可以使工业化学过程的技术实现更可持续。”

照片蓄电池存储费用

在一个单独的项目研究人员正在研究另一种材料,使用来自太阳的光能量,但在这种情况下存储电能。“一个可能的未来的应用程序是电池带电的阳光,没有迂回穿过墙壁插座,”费舍尔说。

研究人员使用组件类似nanozyme当蓄电池发展这些照片。这里也材料本身吸收入射光的光子。而是作为一个化学反应的催化剂,能量接收器是紧密集成的结构,它仍然是在这种状态下,使存储的电子在更长一段时间。研究人员在实验室里证明了系统的可行性。

”有两种方法可以直接利用太阳能,”朱利安Warnan博士总结了光催化的组长。“我们收获电能或者我们使用能量来推动化学反应。和这两个系统都是基于同样的原理,实验表明,我们成功了。”

参考:斯坦利点,苏AY,兰姆V, et al。光催化CO2-to-Syngas Nanozymes进化与分子催化剂有机框架。阿德垫。35 2023;(6):2207380。doi:10.1002 / adma.202207380

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