借助太阳能从二氧化碳中提取可再生燃料

瑞典林雪平大学的研究人员正试图将温室气体二氧化碳转化为使用阳光能量的燃料。最近的结果表明，可以使用他们的技术从二氧化碳和水中选择性地生产甲烷、一氧化碳或甲酸。该研究已发表在ACS Nano 上。

植物将二氧化碳和水转化为氧气和高能糖，它们用作生长的“燃料”。他们从阳光中获取能量。林雪平大学的孙建武和他的同事正试图模仿这种被称为光合作用的反应，植物利用这种反应从空气中捕获二氧化碳并将其转化为化学燃料，如甲烷、乙醇和甲醇。该方法目前处于研究阶段，科学家的长期目标是将太阳能高效地转化为燃料。

“通过在太阳能的帮助下将二氧化碳转化为燃料，这项技术可以促进可再生能源的发展，并减少化石燃料燃烧对气候的影响，”该系高级讲师孙建武说林雪平大学物理、化学和生物学博士。

石墨烯是现存最薄的材料之一，由单层碳原子组成。它具有弹性、柔韧、对阳光透明，并且是电的良导体。这种性质的组合确保石墨烯具有用于电子和生物医学等应用的潜力。但是石墨烯本身并不适合 LiU 研究人员寻求的太阳能转换应用，因此他们将石墨烯与半导体立方碳化硅 (3C-SiC) 结合在一起。林雪平大学的科学家们此前已经开发出一种世界领先的方法，可以在由碳和硅组成的立方碳化硅上生长石墨烯。当碳化硅被加热时，硅被蒸发，而碳原子保留并以石墨烯层的形式重新构建。研究人员之前已经表明，可以以受控方式将最多四层石墨烯相互叠加。

林雪平大学高级讲师孙建武。图片来源：Thor Balkhed/林雪平大学

他们将石墨烯和立方碳化硅结合起来，开发出一种基于石墨烯的光电极，它保留了立方碳化硅捕获阳光能量和产生电荷载流子的能力。石墨烯起到导电透明层的作用，同时保护碳化硅。

基于石墨烯的技术的性能受几个因素控制，其中一个重要的因素是石墨烯和半导体之间的界面质量。科学家们详细研究了这个界面的特性。它们显示在文章中，他们可以调整在石墨烯层的硅碳化物和控制基于石墨烯的光电极的性能。以这种方式使二氧化碳的转化更有效，同时提高了组分的稳定性。

研究人员开发的光电极可以与各种金属的阴极结合，如铜、锌或铋。通过选择合适的金属阴极，可以从二氧化碳和水选择性地形成不同的化合物，例如甲烷、一氧化碳和甲酸。

“最重要的是，我们已经证明，我们可以使用太阳能的能量，以控制转化的碳 氧化物成甲烷，一氧化碳或甲酸，”建武Sun说

甲烷用作燃料中的车辆适于使用气体燃料。一氧化碳和甲酸可以进一步加工以用作燃料，也可以用于工业。”

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