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新催化劑可提高人工光合作用效率
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使二氧化碳轉化為燃料的過程更節能
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據美國每日科學網站報道，美國科學家研制出了一種新的液體離子催化劑，大大改進了人工光合作用進行的效率，能更高效更節能地將二氧化碳轉變為燃料。相關研究發表在近日出版的《科學》雜志上。
伊利諾伊大學化學與生物分子工程系教授保羅·柯尼斯領導的團隊與新興公司二氧化物材料公司攜手，制造出了這種催化劑。二氧化物材料公司由該大學退休教授理查德·馬塞爾創辦。
在植物界，光合作用利用太陽能將二氧化碳和水轉變成糖和其他碳氫化合物。科學家們可從糖中提取出生物燃料，糖可從玉米等農作物中獲得。而人工光合作用可將二氧化碳轉變成有用的碳基化學物、燃料和其他化合物，在此過程中，科學家使用一個電化學電池——其利用太陽能集熱器或風力渦輪機提供的能量將二氧化碳轉變為簡單的碳基燃料，例如甲酸或甲烷等，對甲酸或甲烷進行進一步提純可得到乙醇或其他燃料。
人工光合作用可取代利用生物質制造碳基化學物和燃料等物質。該論文的合作者馬塞爾表示：“人工光合作用最重要的一點是不會與人爭糧。與用生物質發電相比，這種方法的發電成本更低。”
然而，人工光合作用的大規模應用遇到一個“攔路虎”。制造燃料的第一步——將二氧化碳轉變為一氧化碳會耗費大量能量，需要大量電力才能使第一個反應進行。與得到的燃料所提供的能量相比，生產燃料所需的能量更多，得不償失。
現在，伊利諾伊大學的科學家們使用一種離子液體作為催化劑，大大減少了反應發生所必需的能量。這種離子液體會讓反應得到的中間產物保持穩定，從而相應地減少了轉化過程所需的電力。
另外，科學家們使用一個電化學電池作為流反應器，將氣態二氧化碳輸入和氧氣輸出與能讓氣體溶于其中的液體電解質分離開。該電池的獨特設計使科學家能精準地調整電解質流的成分并改進反應動力，包括增加離子液體作為合成催化劑等。柯尼斯表示：“這大大降低了二氧化碳反應的超電勢。我們需要施加的電勢更低，因此能耗也更低。”
科學家們表示，接下來希望解決輸出生物燃料的數量并不大這一問題，為了讓最新技術能進行商業化生產，他們需要讓反應更快并讓轉化得到的產物數量最大。該研究由美國能源部支持。
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