人工光合作用是將二氧化碳轉(zhuǎn)化為清潔能源的重要方法。這種方法通過模擬自然光合作用,利用太陽能將二氧化碳和水轉(zhuǎn)化為高能量密度的燃料。然而,人工光合作用如何實(shí)現(xiàn)光生電子與空穴的同步利用,一直是二氧化碳資源化轉(zhuǎn)化的核心難題。中國科學(xué)院地球環(huán)境研究所空氣凈化新技術(shù)團(tuán)隊(duì)提出了一種通用策略,成功突破了上述瓶頸。相關(guān)成果近日在線發(fā)表于國際期刊《自然·通訊》。
在光合作用過程中,光生電子與空穴必須被同時(shí)且有效地利用,如果電子和空穴有一方“偷懶”或電子與空穴提前復(fù)合,轉(zhuǎn)化效率就會(huì)大打折扣。該研究團(tuán)隊(duì)模仿植物暫存光生電子的生理機(jī)制,設(shè)計(jì)出具有電子存儲(chǔ)功能的銀修飾三氧化鎢材料。這種材料如同“充電寶”,可以先把電子存起來,等到需要時(shí)再把電子放出來。通過精準(zhǔn)調(diào)控電子釋放過程,實(shí)現(xiàn)了二氧化碳與水在自然光下的高效協(xié)同轉(zhuǎn)化。
實(shí)驗(yàn)表明,該材料與催化活性組分酞菁鈷復(fù)合后,二氧化碳轉(zhuǎn)化效率可較使用純催化劑時(shí)提升近百倍。該策略具有良好通用性與可擴(kuò)展性,可適配多種復(fù)合催化劑體系,為利用太陽能規(guī)?;D(zhuǎn)化二氧化碳、生產(chǎn)清潔能源提供了可行技術(shù)路徑。