图片来源:yanikap / Shutterstock.com
受光合作用的启发，研究人员开发了一种基于石墨烯的系统，可以利用阳光从二氧化碳和水中产生燃料。
随着人们对可再生和环境友好型燃料的不断探索，瑞典Linköping大学的研究人员从大自然中寻找灵感。安益太阳,领导的团队,考虑如何植物从太阳光获取能量的过程称为光合作用开发一种方法,不仅提供可再生燃料来源,还可以帮助消除有害的温室气体的大气环境有益的双重打击。
Sun和他的团队认为，植物从大气中捕获二氧化碳，并利用来自阳光的能量将其转化为甲烷、乙醇和甲醇。它们可以利用太阳能，将温室气体转化为甲烷、甲酸和其他化合物。这些化合物可以作为燃料用于使用天然气能源的车辆。此外，一氧化碳、甲烷和甲酸的副产品可以进一步加工或用于工业。
点击这里了解更多关于材料加工和制造的信息。
甲烷是天然气汽车的首选燃料来源之一，如果不是很难向消费者销售，它可能对环境有利。部分原因是他们可能非常不经济。例如，本田(Honda) 1998年至2015年生产的CNG思域(Civic)比传统的思域(Civic)车型价格更高，油耗却明显减少。因此，通过更有效地生产这种燃料来降低成本，可能是消费者重新考虑天然燃料汽车的关键。
甲酸(最简单的石炭酸)是甲酸的副产品之一，它对畜牧业有好处。目前，甲酸主要被用作牲畜饲料中的抗菌剂，保存干草等食物，使其能更长时间地保持营养价值。更便宜的甲酸意味着更便宜的动物饲料，可以看到节省下来的钱传递给消费者。这一聪明创新的关键仍处于早期研究阶段，并在期刊上发表的一篇论文中进行了讨论ACS Nano,是一个建立在神奇材料石墨烯上的系统。
温室气体和燃料之间的细微差别
石墨烯是人类已知的最薄的材料，它是从石墨中辛苦提取的一层碳同素异形体原子。由于石墨烯的灵活性、弹性和结构稳定性，它已经成为许多重大技术进步的支柱，尤其是在电子和生物医学领域。
对于Linköping大学的团队和他们的预期应用来说，它最有趣和有用的特性是它对阳光是透明的。
阻碍石墨烯使用的一个重要问题是，它可能存在大量电流泄漏，这使它成为太阳能收集材料的糟糕选择。
为了提高这种材料的性能，研究小组将石墨烯与立方碳化硅(3C-SiC)结合在一起，后者是一种由碳和硅组成的半导体。该团队对这种材料并不陌生，他们之前已经开发出了将石墨烯层放在立方碳化硅衬底上的方法。他们通过加热碳化硅来实现这一点，碳化硅蒸发掉，留下碳原子重塑成单原子层。
石墨烯/立方碳化硅组合的美妙之处在于它创造了一个基于石墨烯的光电电极——一个可以吸收光并启动电化学转变的电极。石墨烯既能起到保护层的作用，又能起到透明导体的作用，使立方碳化硅继续发挥其收集太阳能的作用。
阅读更多:半导体/晶圆计量工具
结合练习
孙建武和他的团队对基于石墨烯的技术进行了广泛的研究，发现提高性能与几个因素直接相关，最重要的是石墨烯和立方碳化硅半导体之间的界面。
他们的论文表明，石墨烯层(目前该团队可以将其堆叠成四层)可以按需调整，从而在基于石墨烯的光电电极中产生不同的属性。这包括提高稳定性，至关重要的是，有效地转换二氧化碳。
该系统的其他产品的形成取决于它与各种不同金属的阴极结合。从铜、锌和铋中选择正确的阴极，就会从二氧化碳和水中产生甲烷、一氧化碳和甲酸等化合物。
如上所述，在看待这项技术时，必须理解它还处于非常早期的阶段。孙建武在论文中强调的关键是，利用阳光从水和二氧化碳中提取燃料是可以实现的。现在要靠科学家来发现这个过程是否可以按比例扩大。如果是这样，就可以提供一种保护我们环境的重要方式。
参考资料及进一步阅读
李。H,史。Y,商。H,太阳。[2020]石墨烯/ SiC肖特基结的原子尺度调谐研究。ACS Nano14(4), 4905 - 4915。https://doi.org/10.1021/acsnano.0c00986
免责声明:本文仅代表作者以个人身份发表的观点，并不代表本网站所有者和运营商阿泽网络有限公司的观点。本免责声明构成条款和条件本网站之使用。