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西安科研團(tuán)隊(duì)攻克人工光合作用核心難題,二氧化碳轉(zhuǎn)化效率飆升百倍

2026-02-25 10:48:41 admin
近日,西安科研團(tuán)隊(duì)研發(fā)出銀修飾三氧化鎢材料,為人工光合作用裝上“電子充電寶”,成功破解了光生電荷利用瓶頸,可在自然光下將二氧化碳與水轉(zhuǎn)化為清潔能源,相關(guān)成果發(fā)表于國際學(xué)術(shù)期刊,標(biāo)志著我國在人工光合作用領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了重大突破,為二氧化碳資源化利用、應(yīng)對氣候變化提供了新的技術(shù)路徑。
人工光合作用是模擬植物光合作用的過程,將二氧化碳和水在光照條件下轉(zhuǎn)化為有機(jī)物或清潔能源,具有清潔無污染、可持續(xù)、能實(shí)現(xiàn)二氧化碳資源化利用等優(yōu)勢,被認(rèn)為是應(yīng)對氣候變化、解決能源危機(jī)和環(huán)境問題的重要技術(shù)方向。然而,人工模擬光合作用的過程仍面臨諸多科學(xué)挑戰(zhàn),其中最核心的瓶頸在于光激發(fā)功能材料所產(chǎn)生的電子(用于還原二氧化碳)與空穴(用于氧化水)壽命極短,通常只有幾納秒到幾十納秒,難以實(shí)現(xiàn)二者反應(yīng)的同步與持續(xù)進(jìn)行,導(dǎo)致二氧化碳轉(zhuǎn)化效率極低,無法實(shí)現(xiàn)規(guī)模化應(yīng)用。
此次西安科研團(tuán)隊(duì)研發(fā)的銀修飾三氧化鎢材料,成功破解了這一核心瓶頸。該材料采用了自主創(chuàng)新的電子存儲路徑設(shè)計(jì),模擬植物暫存光生電子的生理機(jī)制,通過定向設(shè)計(jì)、制備材料結(jié)構(gòu),使其能夠在光照時(shí)儲存電子,并在需要時(shí)精準(zhǔn)釋放,從而實(shí)現(xiàn)對二氧化碳與水反應(yīng)速率和程度的精確調(diào)控。據(jù)研發(fā)人員介紹,銀修飾三氧化鎢材料中的銀納米顆粒能夠起到“電子陷阱”的作用,將光激發(fā)產(chǎn)生的電子暫時(shí)儲存起來,避免電子與空穴快速復(fù)合,延長電子的壽命,使其能夠更充分地參與二氧化碳還原反應(yīng),從而大幅提升二氧化碳的轉(zhuǎn)化效率。
經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,采用銀修飾三氧化鎢材料與催化活性組分復(fù)合后,二氧化碳轉(zhuǎn)化效率較純催化活性組分提升了近百倍,在自然光條件下,該材料可將二氧化碳與水高效轉(zhuǎn)化為一氧化碳、甲烷等清潔能源,轉(zhuǎn)化效率達(dá)到30%以上,遠(yuǎn)超此前全球范圍內(nèi)的同類技術(shù)。此外,這一技術(shù)策略還具備良好的通用性與適用性,可根據(jù)實(shí)際需求構(gòu)建多種結(jié)構(gòu)適配的復(fù)合催化劑體系,能夠靈活適配不同的反應(yīng)條件和產(chǎn)物需求,既可以轉(zhuǎn)化為一氧化碳、甲烷等氣體燃料,也可以轉(zhuǎn)化為甲醇、乙醇等液體燃料,具有廣泛的應(yīng)用前景。
該技術(shù)的另一大優(yōu)勢是在自然光條件下即可穩(wěn)定運(yùn)行,無需額外提供高溫、高壓等苛刻條件,大幅降低了運(yùn)行成本,便于規(guī)模化推廣應(yīng)用。據(jù)研發(fā)人員介紹,該材料在普通自然光照射下,即可實(shí)現(xiàn)高效的二氧化碳轉(zhuǎn)化,即使在陰天、多云等光照條件較差的情況下,轉(zhuǎn)化效率也能維持在15%以上,具備很強(qiáng)的實(shí)用性。同時(shí),該材料的制備工藝簡單、生產(chǎn)成本較低,采用的原材料來源廣泛、環(huán)境友好,不會對環(huán)境造成二次污染,符合綠色發(fā)展的理念。
此次人工光合作用核心難題的攻克,對我國二氧化碳資源化利用、應(yīng)對氣候變化具有重要的意義。當(dāng)前,全球氣候變化日益嚴(yán)峻,二氧化碳等溫室氣體的過度排放是主要原因之一,而該技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)二氧化碳的高效轉(zhuǎn)化和資源化利用,既可以減少空氣中的二氧化碳含量,緩解溫室效應(yīng),又可以轉(zhuǎn)化為清潔能源,替代化石能源,實(shí)現(xiàn)“變廢為寶”,為我國“雙碳”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)提供了重要的技術(shù)支撐。
此外,該技術(shù)的突破還將帶動相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,催生一批新的環(huán)保技術(shù)、新材料、新能源等相關(guān)產(chǎn)業(yè),創(chuàng)造大量的就業(yè)崗位,為綠色經(jīng)濟(jì)發(fā)展注入新的活力。未來,科研團(tuán)隊(duì)將繼續(xù)加大技術(shù)研發(fā)投入,進(jìn)一步優(yōu)化材料性能、提升轉(zhuǎn)化效率、降低生產(chǎn)成本,推動該技術(shù)的規(guī)模化應(yīng)用,同時(shí)加強(qiáng)技術(shù)推廣和成果轉(zhuǎn)化,讓人工光合作用技術(shù)更好地服務(wù)于我國生態(tài)環(huán)境保護(hù)和能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型,為全球應(yīng)對氣候變化、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展貢獻(xiàn)中國智慧和中國方案。


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