美国劳伦斯伯克利国家实验室(伯克利实验室)的科学家Heinz Frei几十年来一直在研究构建自然界最高效机器之一 —— 树叶的人工版本。Frei与世界各地的很多研究人员都试图利用光合作用(绿色植物和藻类利用阳光驱动的化学反应,将二氧化碳转化为细胞燃料),以生产燃料,为家庭和车辆提供动力。如果研究出必要技术,让过去的理论模型和实验室原型得到改进,人工光合作用就能够利用大气中多余的二氧化碳生产大量的可再生能源。
(图片来源:伯克利实验室)
而在最近的研究中,Frei与伯克利实验室团队成员取得了新进展,他们研发了一种由纳米管组成的人工光合作用系统,似乎能够执行燃料产生反应的所有关键步骤。
研究人员表示,其设计可以让质子在该纳米管内部快速流动,流到纳米管外部。此类质子在纳米管内,由分裂的水分子生成;而在纳米管外,此类质子与二氧化碳和电子结合,会成为燃料。此种燃料目前是一氧化碳,但是研究小组正在致力于制成甲烷。质子快速流动对于高效利用太阳能以生成燃料而言非常关键,此前,人工光合作用系统的质子流动问题一直无法得到解决。
现在,该团队展示了该纳米管可如何独立完成所有光合作用任务,他们准备开始测试整个系统。该系统的单个单元是小型方型“太阳能燃料块”,其中包含数十亿根纳米管,此类纳米管夹在薄薄且轻微有弹性的硅酸盐底板和顶板之间,纳米管的开口会穿透此类覆盖物。
(图片来源:伯克利实验室)
太阳能燃料块内部每一根小小的空心纳米管(宽0.5微米)都由三层组成:氧化钴内层、二氧化硅中间层以及二氧化钛外层。在该纳米管的内层,来自阳光的能量被输入到氧化钴中,将水分解(以潮湿空气的形式,流经每根纳米管内部),产生自由质子和氧气。
研究人员表示:“此类质子很容易会流到外层,与二氧化碳结合,在二氧化钛层提供支持的催化剂作用下,形成一氧化碳,未来可形成甲醇。燃料聚集在纳米管之间的空间内,很容易排出,然后被收集。”
重要的是,纳米管管壁的中间层会将水氧化产生的氧气保存到内层,并阻止外部的二氧化碳和演化的燃料分子渗透到内部,从而将两个无法兼容的化学反应区分隔开来。
此种设计模拟了真实的活性光合作用细胞,此种细胞会将氧化和还原反应与叶绿体内的有机膜室分隔开。与大自然的原始设计一样,该团队的膜管可允许光合作用在较短的距离内发生,最大限度地减少离子传输时的能量损失,并防止发生可能降低系统效率的意外化学反应。
车身颜色可选 路特斯Evija购买细节曝光
未来设计风向标 吉利icon内饰官图发布
定名观致7 观致全新SUV车型官图发布
保时捷Taycan 4S正式上市 售价售114.80万元
续航490km 电动全新起亚K3将于6月上市
雷克萨斯一直坚持以进口的方式保持其良好的口
或2021年亮相 全新奔驰C级假想图曝光
增大尺寸中控屏 新款福特F-150内饰谍照
增大尺寸中控屏 新款福特F-150内饰谍照
配置提升 新款丰田威尔法4月30日上市
采用V8发动机混合动力总成,全新一代福特野马
增大尺寸中控屏 新款福特F-150内饰谍照
广汽本田纯电动SUV新款理念VE-1将10月21日上市
福特推出纯电动版Mustang Cobra Jet
未来设计风向标 吉利icon内饰官图发布
2021年新款大众Tiguan(参数|询价)将正式亮相
欧洲汽车工厂艰难按下重启键
广汽本田纯电动SUV新款理念VE-1将10月21日上市
10月新浪报价 长安欧尚科赛5厦门最高降0.05万
下半年上市 江淮嘉悦X4谍照首次曝光
风格变化大 哈弗全新SUV车型效果图曝光
海外媒体继续曝光了一组迈凯伦旗下全新的插电
4月中旬上市 曝新款英菲尼迪QX50配置
四驱配混合动力 全新福特Mustang新消息