近日，科學(xué)家們發(fā)明了可以在合成材料中觸發(fā)光合作用的方法，不僅可以將溫室氣體轉(zhuǎn)化為清潔的空氣，同時(shí)還可以產(chǎn)生能量。這一過程對于大幅度減少影響全球氣候變化的溫室氣體，并且獲得清潔能源，具有極大的意義。
UCF大學(xué)Fernando Uribe-Romo教授
來自中佛羅里達(dá)大學(xué)的Fernando Uribe-Romo教授說到，“這個成果是項(xiàng)重大的突破!從科學(xué)的角度來看，制備能夠吸收特定顏色光線的材料十分困難，但是從社會的角度來看，我們正推動著減少溫室氣體的技術(shù)的發(fā)展。”
Uribe-Romo和他的研究團(tuán)隊(duì)在合成金屬有機(jī)骨架材料中觸發(fā)化學(xué)反應(yīng)將二氧化碳分解為無害的有機(jī)材料，這一過程和植物的光合作用十分相似，都是將光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能。植物利用陽光、二氧化碳以及水產(chǎn)生生成有機(jī)物，Uribe-Romo的人造“光合作用”生成太陽燃料。
科學(xué)家們之前也做過很多類似的嘗試，但是利用可見光去觸發(fā)這一化學(xué)反應(yīng)十分困難。紫外線具有足夠的能量促使這一化學(xué)反應(yīng)在一些常見的材料中發(fā)生，例如二氧化鈦等，但是紫外線在地球接收的太陽光中只占了4%。而從紫色到紅色的可見光占據(jù)了太陽輻射光的主要，但諸如鉑、錸和銥等可以吸收可見光的材料十分稀少和昂貴，使得人造“光合作用”的成本變得十分高昂。
金屬有機(jī)骨架(MOF)材料很早便被用于分離和捕獲氣體，Uribe-Romo和他的同事提出將常見無毒的鈦金屬與有機(jī)分子(N-alkyl-2-aminoterephthalates)結(jié)合作為“捕光天線”吸收藍(lán)色光。這一特殊有機(jī)分子被加入MOF材料后可以吸收特定顏色的光，當(dāng)二氧化碳進(jìn)入MOF材料的孔內(nèi)，“捕光天線”捕獲藍(lán)光并釋放電子，被鈦氧化物利用去轉(zhuǎn)化二氧化碳。
研究團(tuán)隊(duì)搭建了一個藍(lán)色LED光反應(yīng)器去驗(yàn)證這一假設(shè)，將一定量的二氧化碳充入發(fā)藍(lán)光的圓柱體反應(yīng)器中，觀察反應(yīng)是否發(fā)生。圓柱腔體內(nèi)條狀的LED光發(fā)出藍(lán)光，模擬太陽光中的藍(lán)色光波。實(shí)驗(yàn)奏效，化學(xué)反應(yīng)將二氧化碳被轉(zhuǎn)化為還原性碳—甲酸和甲酰胺(兩種太陽燃料)，同時(shí)凈化了空氣。
用于人造“光合作用”的光反應(yīng)器
為了能使這一反應(yīng)在其他波長的可見光中同樣適用，研究團(tuán)隊(duì)將對合成材料進(jìn)行調(diào)整，并不斷改進(jìn)系統(tǒng)的效率，如果成功，將可以極大有效的減少溫室氣體并帶來能源產(chǎn)業(yè)的革命。
這種新型的MOF材料，最終可以被應(yīng)用于發(fā)電廠去減少釋放到大氣中的二氧化碳含量。Uribe-Romo解釋說，“氣體被電站吸入，通過化學(xué)反應(yīng)，將溫室氣體循環(huán)轉(zhuǎn)化后產(chǎn)生的能量用回電站”;另一種可能性就是將這種材料運(yùn)用到房屋的屋頂材料，這樣可以在凈化房屋空氣的同時(shí)能夠?yàn)榧彝ス╇姟?ldquo;這些的最終實(shí)現(xiàn)勢必會需要更多新的技術(shù)和基礎(chǔ)設(shè)施，但一切都是可能的。”
