阳光 + 二氧化碳 = 燃料！新型廉价催化剂转换效率可达13.4%

长期以来，科学家们一直梦想着模仿光合作用，使用太阳光中的能量将二氧化碳（CO2）和水（H2O）转变为烃燃料。如今，一种新型的廉价化学催化剂已经以创纪录的效率实现了梦想的第一步——利用太阳能电池的电力将二氧化碳分解为富含能量的一氧化碳和氧气。

虽然，目前该转换效率还不足以与化石燃料（如汽油）竞争。但是，未来某天这种方法或许会实现阳光、水、二氧化碳到无穷的液体燃料的转换。众所周知，二氧化碳是全球变暖的主要因素，实现这一方法将使人类受益无穷。

对此，科罗拉多州国家可再生能源实验室的可再生燃料专家John Turner表示，“新的发现将会带来非常大的改观”。

这种转化将分解成氧气和一氧化碳，后者可以与氢气结合形成各种碳氢化合物燃料。例如，添加四个氢原子可以产生甲醇，可用作为汽车供电的液体燃料。在过去的二十年中，研究人员已经发现了许多催化剂，在电流存在下当气体通过水鼓泡时，可以实现第一步骤，分解二氧化碳。

其中发现的最好的催化剂是便宜且丰富的氧化铜。瑞士联邦理工学院的化学家Michael Graetzel说，美中不足的是，催化剂分解水比二氧化碳更多，产生的氢分子（H2）储存能量并不丰富。

去年，Graetzel的一名研究生Marcel Schreier针对如何使用氧化铜作为催化剂进行了细致研究。他把氧化铜放在锡氧化物基电极上，该电极将电子供给到含有水且溶解有二氧化碳的烧杯中。这种催化剂不会像纯的氧化铜催化剂那样分解水，催化分解新生成的产物几乎是纯一氧化碳。Graetzel表示：“这是一次十分偶然的发现。”

Graetzel补充说到，锡可能让有助分解水的催化物质失去活性，由此，几乎所有的电流都用于生成更为理想的一氧化碳。随着研究继续深入，Graetzel的团队力求加速催化剂的作用时间。为了做到这一点，他们把电极的氧化铜在纳米量级上重新构造，并用单一原子厚度的锡层叠起来，它们具有很高的表面积比，有利于进行二氧化碳分解反应。

此外，Graetzel的团队近日在《自然能源》（Nature Energy）上报道，该方法可将90％的二氧化碳分子转化为一氧化碳，其余产物是氢气和其他副产物。他们还将其置于一个太阳能电池上，研究结果显示，收集的阳光能量13.4％可转化为一氧化碳的化学键储藏的化学能。这远优于植物约1％的储存效率，而且也比将催化剂与微生物结合以产生燃料的最新混合方法更高效。

加利福尼亚理工学院的化学家Nate Lewis说，最近一些其他的改进也有了新的进展，可以使用不同的催化剂将二氧化碳转化为燃料。 Lewis认为：“我们在共同取得进步。”不过，他也警告说，目前将二氧化碳转化为燃料的努力仍处于基础研究阶段，它们还不能以接近炼油的价格生产燃料。

另外，可再生能源的爆炸性供应有时会超出电网的处理能力，科学家们也正在寻找一种可行的方式来存储多余的电力。Graetzel声称，这可能会使化学燃料中的能源储存发展更快。

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参考：

http://www.sciencemag.org/news/2017/06/cheap-catalysts-turn-sunlight-and-carbon-dioxide-fuel