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美国依利诺伊大学科学家刚刚研制出一种新的液

文章出处:西安除甲醛 人气:发表时间:2020-12-10

新技术:“光触媒”再添威力

日本丰田集团旗下的丰田中央研究所最近也开发出一种“人工光合作用”新技术,即使用“光触媒”提高“人工光合作用”能量转换效率。

“光触媒”指的是以二氧化碳等为原料制成的化学物质,其特点是在受到光的照射后,能促使周围物质氧化分解。

早在几年前,丰田公司已经制成“光触媒”产品,但用途仅限于除臭去污———只要在有光的地方放置上这种“光触媒”产品,就能促使散发异味的污渍污垢氧化分解为无臭无害的物质。

全新技术研究的关键点是,利用“光触媒”产品的特征,也可实现“人工光合作用”———“光触媒”产品被放置于水中并加以阳光照射,水就会被分解为带正电荷的氢离子、带负电荷的电子和氧气等三种物质,并在人工模拟条件下结合成有机物甲酸。

这项研究与诺塞拉的“叶片发电站”形式颇为相似。不过时下此项技术的太阳能转换效率仅为0.04%,是普通植物光合作用的1/5。但正如研究“叶片发电站”的专家表示,真要在千家万户建设“叶片发电站”尚需时日,技术上还须作出许多改进,因此“光触媒”技术或许能进一步提高能源转换率,更早实现科学家们“一家一个‘叶片’发电站”的梦想。

据悉,日本专家还尝试在利用“光触媒”发电的过程中,同时制造出乙醇等用途更为广泛的有机物,服务于汽车动力等更多领域。

 

“人工光合作用”是人类试图复制或模拟植物天然光合作用过程。这是借助阳光将水和二氧化碳转化为碳水化合物与氧气的一个新兴研究领域。利用阳光和特别的催化剂将水分解成氢气和氧气,也被广义地划归在“人工光合作用”领域内。

最近,美国麻省理工学院的科学家们在此领域迈出了革命性的一步。他们模拟植物光合作用发明了一种人造“叶片”,可用一片“叶子”供应一个家庭一天的用电量。

新发明:“叶片”发电站

麻省理工学院一名化学家丹·诺塞拉发明了一种特殊催化剂,仅需要阳光和一瓶水,就能通过“人工光合作用”高效率地产生电能。

这种以硅原料制造、包含催化剂的“叶片”发电站仅明信片大小。其结构很简单:在太阳光下将这种特殊叶片置于1加仑(约3.8升)清水中,叶子当中的催化剂会将水分解成为氢和氧两种元素,将氢气和氧气存入电池当中,就转化为电能。

他们用了约4个小时,通过催化剂处理的水,便能够产生30度的电能,完全可以满足一个普通家庭一天的用电需求。此外,“叶片发电站”运作时,无需特殊温度和压力,甚至连水都不必经过净化———诺塞拉实验时使用的是取自波士顿查尔斯河未经任何处理的略显混沌的河水。

由于运作成本很低,这种“叶片发电站”即便是在发展中国家的一般家庭也买得起。

因此“人工光合作用”技术若能投入应用,对人类无疑是个特大“福音”。首先,“人工光合作用”技术可望大大减少造成“温室效应”的二氧化碳气体,减缓地球变暖速度;其次,通过“人工光合作用”技术制造出的有机物,未来有望代替石油成为新的绿色能源;“人工光合作用”最重要的一点是不占耕地,也不会与人争粮。

新突破:催化剂提高效率

但是“人工光合作用”的第一步———将二氧化碳转变为一氧化碳时,须耗费惊人电力,最可能出现的情况是入不敷出,即与获得的能量相比,转换过程中所需的能量甚至更多。因此科学家们纷纷集中力量改进催化剂。

美国依利诺伊大学科学家刚刚研制出一种新的液体离子催化剂,其功能可大大减少“人工光合作用”过程中所需的能量,提升能源转换效率。

同时,科学家们还设计出一种独特的电化学电池配合使用。作为“流反应器”,这种电池使科学家能精准地调整电解质流的成分,并改进其反应动力,大大降低了二氧化碳反应时的“超电势”。“超电势”即实际所需电势与理论计算所需电势之差。“超电势”越高,完成电化学反应的阻力越大,即能耗越多。

如果将这种电化学电池与液体离子催化剂与“叶片”发电站技术同时应用,即有可能获得更大效益。

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