太阳能电池可捕集二氧化碳并生产燃料

伊利诺伊大学的研究人员设计的太阳能电池仅使用太阳光作能源就能以较低成本有效地将大气中的碳排放直接转化为可用的碳氢燃料。

这项研究成果已发表在《科学》杂志7月末刊上，由美国自然科学基金会和能源部资助。研究人员也已提交临时的专利申请。

传统的太阳能电池是将太阳光转化为电力存储在笨重的电池中，而这种新型的电池从本质上来说做的是植物的工作，将大气中的二氧化碳转化为燃料，一箭双雕。一个布满这种“人造树叶”的太阳能厂可消除大量的二氧化碳，有效地生产高密度燃料。

“这种新型太阳能电池不属于光伏发电，而是光合作用，”本研究资深作者兼伊利诺大学芝加哥分校机械工程副教授Amin Salehi-Khojin说道。

“我们现在可以将化石燃料排放温室气体的单向活动变为循环利用二氧化碳，用太阳光生产燃料，”他说道。

人造的叶子能产生氢气和一氧化碳混合的合成气，这些气体可直接燃烧或转化为柴油或其他碳氢化合物燃料。

Salehi-Khojin说，将二氧化碳转化为燃料的化学反应被称为还原反应，而非氧化火燃烧。工程师们发现了不同类型的碳还原催化剂，但到目前为止这种反应的效率较低，且依赖银等成本较高的金属。

“我们需要一种新的性能出众的化学物质。”Salehi-Khojin和他的同事重点研究了纳米结构的复合物催化剂，名为过渡金属硫化物，将它们与非传统的离子液体混合作为双室三电极电化学电池的电解质。

他们发现，最好的催化剂是二硒化钨纳米片。

“新的催化剂活性更强，更易破坏二氧化碳的化学键，” 伊利诺大学芝加哥分校博士后研究员Mohammad Asadi说道。他表示，新的催化剂实际上比贵金属催化剂快1000倍，但价格便宜20倍。

这项研究的突破之处在于使用了甲-乙-咪唑鎓盐四氟硼酸盐这种离子液体与水对半混合。

“水和离子液体混合而形成联合催化剂，保留了严酷的还原反应条件下催化剂的活性位点，”Salehi-Khojin说。

这项技术不仅应进行太阳能场这类大规模应用，还应用于较小规模。“这项研究的进行还得益于自然科学基金会对有价值的技术和工程成果给予直接基础研究支持的传统，”自然科学基金会项目经理Robert McCabe说道。