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劍橋大學(xué)研究人員在河上測試其100平方厘米的人造樹葉裝置

IEEE電氣電子工程師 ? 來源:IEEE電氣電子工程師 ? 作者:IEEE電氣電子工程師 ? 2022-09-15 15:31 ? 次閱讀
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這種新的人造葉子足夠輕,可以漂浮在水面上,它可以吸收陽光和空氣中的二氧化碳,并利用下面的水來生產(chǎn)燃料。

劍橋大學(xué)的研究人員在一條河上測試了他們100平方厘米的人造樹葉裝置。根據(jù)所用催化劑的不同,該裝置要么將水分解生成氫燃料,要么將二氧化碳轉(zhuǎn)化為合成氣,即一氧化碳和氫的混合物,用于制造甲醇等其他燃料。研究人員表示,這些設(shè)備可以批量部署在咸水池塘、運(yùn)河和海上,以避免與土地使用競爭。

劍橋大學(xué)化學(xué)研究員Virgil Andrei說:“我們正在嘗試用一種集成的、簡單的設(shè)備來模擬自然,這種設(shè)備可以利用水?!彼I(lǐng)導(dǎo)了這項(xiàng)研究,并在《自然》雜志上發(fā)表了這項(xiàng)報告。他說:“我們的設(shè)備不僅可以像天然葉子一樣工作,而且還具有葉子的靈活、輕量特性。”

多年來,科學(xué)家一直試圖復(fù)制植物的光合能量生產(chǎn)能力。最終目標(biāo)是人造葉子:一種被動裝置,使用光伏材料收集陽光,然后在催化劑的幫助下將二氧化碳轉(zhuǎn)化為燃料。自2011年哈佛大學(xué)的研究人員報告了第一片水分解人工葉子以來,許多團(tuán)隊(duì)一直在研究類似的技術(shù),以減少二氧化碳,從而制造燃料、肥料和其他化學(xué)品。據(jù)了解,二氧化碳還原比分解水復(fù)雜得多,需要催化劑和反應(yīng)參數(shù)的正確組合。

2019年,Andrei,化學(xué)教授Erwin Reisner和他們的同事報告了第一個可以制造合成氣的人造葉子。他們使用鈣鈦礦光吸收劑和鉑或鈷催化劑進(jìn)行反應(yīng)。鉑催化劑在陽光下將水分解成氧和氫,而鈷則會將二氧化碳和水還原成合成氣。但他們的設(shè)備,以及迄今為止報道的大多數(shù)其他設(shè)備,往往是僅在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中測試的小型原型。

劍橋團(tuán)隊(duì)為他們的新工作考慮了升級和商業(yè)化范疇?!拔覀冋J(rèn)為,如果我們想將這項(xiàng)技術(shù)推向商業(yè)化,我們真的需要重新設(shè)計(jì)設(shè)備結(jié)構(gòu),”Andrei說,“一個想法是縮小設(shè)備。”

因此,研究小組用薄導(dǎo)電塑料基板取代了之前使用的厚玻璃基板。他們用鈣鈦礦、導(dǎo)電金屬氧化物和聚合物以及鈷或鉑催化劑的層來覆蓋它們,每層厚度為幾微米。他們使用標(biāo)準(zhǔn)環(huán)氧樹脂膠和石墨粉的混合物來覆蓋這些層,以防止它們受潮。

這種輕量級設(shè)備在水中漂浮,在陽光下,它迅速產(chǎn)生合成氣氣泡,這進(jìn)一步幫助設(shè)備漂浮。人工葉片在24小時的試驗(yàn)期間效果良好。它產(chǎn)生氫氣和一氧化碳,每克的效率分別約為0.6%和0.05%。Andrei說,這組數(shù)據(jù)雖然不高,但與自然光合作用相當(dāng),后者的典型效率為0.5%到1%。

同時,他補(bǔ)充說,這樣做的好處是,與其他太陽能燃料技術(shù)相比,原理上可以使這種設(shè)備更便宜,因?yàn)槠渌柲苋剂弦蕾囉趩为?dú)的光伏電池和電化學(xué)電池來進(jìn)行反應(yīng),并占用陸地空間?!澳憧梢杂幸恍┓浅:唵魏洼p便的東西,可以部署在水上任何地方?!?/p>

Andrei說,該團(tuán)隊(duì)尚未進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析,但他們計(jì)劃很快進(jìn)行。他們還致力于使該設(shè)備更輕,并找出部署它的最佳方式,無論是大塑料圓頂還是簡單的密封塑料袋,并持續(xù)收集合成氣或氫氣以供使用。

審核編輯:彭靜
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原文標(biāo)題:漂浮的人造樹葉 可將二氧化碳轉(zhuǎn)化為燃料

文章出處:【微信號:IEEE_China,微信公眾號:IEEE電氣電子工程師】歡迎添加關(guān)注!文章轉(zhuǎn)載請注明出處。

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