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为现实世界准备的人造树叶可以从空气中吸收二氧化碳

2019年02月14日 16:52 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

植物能将阳光,水和二氧化碳转化为能量。在过去的几年里,科学家试图用人造树叶来模仿这一过程,但都未能达到预期效果。现在,伊利诺伊大学芝加哥分校的研究人员设计了一个可以在现实世界环境中工作的新版本人造树叶,从空气中吸收二氧化碳并产生氧气和合成燃料。

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2011年,哈佛大学首次创造出人造树叶,利用阳光将水分解成可收获的氢气和氧气。此后的其他版本使用了类似的技术来制造电力、液体燃料,肥料甚至药物。目前,最有希望的人造树叶在吸收二氧化碳方面做得不错,但仅限于实验室条件下。

“到目前为止,所有在实验室测试的人造树叶设计都使用加压罐中的二氧化碳,”该研究的通讯作者Meenesh Singh表示。“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中吸收二氧化碳,例如空气和烟气,这是燃煤发电厂释放的气体。”

伊利诺伊大学芝加哥分校的研究人员表示,他们新的人造叶子设计就是为现实世界准备的。这种人造树叶听起来非常简单 - 它基本上是一个普通的老式人工光合作用单元,包裹在一个新的透明胶囊中。该外层是由季铵树脂制成的半透膜,并且充满水。

这个想法是,当太阳照射到设备上时,水会通过这些孔慢慢蒸发掉。取而代之的是,二氧化碳从外部被选择性地吸入。反过来,该气体通过内部的人工光合作用单元转化为一氧化碳。从那里,可以捕获一氧化碳并用于各种目的,例如制造合成燃料。氧气也是副产品,也可以像天然植物一样收集或释放回室外空气中。

研究人员表示,他们的设计在此过程中的效率将比天然树叶高10倍。如果将它们聚集在一个地方,就可以产生相当数量的燃料,并且可以很好地净化周围的空气。该团队计算出,在一天内,360片人造树叶 - 每片长170厘米,宽20厘米(67 x 7.9英寸) - 能够产生半吨一氧化碳,并将10%的二氧化碳排出到装备周围约100米(328英尺处)。

“通过将传统的人造树叶技术包裹在这种特殊的膜内,整个装置能够在外面发挥作用,就像天然树叶一样,” Singh表示。“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出可以在实验室外部署的人造叶片,它可以在减少大气中的温室气体方面发挥重要作用。”

该研究发表在美国化学会《可持续化学与工程》期刊上。

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