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我们都知道，植物可以通过光合作用将二氧化碳和水转化为有机物和氧气，为生命提供能量。 近期，科学家们已经开发出了一种“人工叶子”技术，可以用阳光将二氧化碳和水转化为可直接用于汽车发动机的液体燃料。 这项技术是由剑桥大学的Reisner教授领导的研究团队开发的。他们一直致力于开发受光合作用启发的可持续、零碳排放的燃料，利用人工叶子将阳光转化为能源。 他们设计了一种铜和钯基的催化剂，可以在一个太阳能驱动的装置中实现这一过程。这个装置被称为“人工叶子”，因为它模仿了植物的光合作用原理。  剑桥大学研发的“人工叶子” 之前，这些人工叶子只能制造一些简单的化学品，如合成气，这是一种由氢和一氧化碳组成的混合物，用于生产燃料、药物、塑料和肥料。 但是，要使这项技术更加实用，它需要能够在一个单步太阳能驱动的过程中直接制造更复杂的化学品。 “让太阳光照射在人工叶子上，并从二氧化碳和水中得到液体燃料，这是一项了不起的化学成就。”该论文的第一作者Rahaman博士说。 “通常情况下，当你试图用人工叶子装置将二氧化碳转化为另一种化学产品时，你几乎总是得到一氧化碳或合成气，但在这里，我们只用太阳能就能制造出实用的液体燃料。这是一个令人兴奋的进展，为我们的工作开辟了全新的途径。” 现在，这种人工叶子可以直接制造出清洁的乙醇和丙醇，而不需要中间步骤制造合成气。 研究人员开发了一种基于铜和钯的催化剂。这种催化剂经过优化，使得人工叶子能够制造出更复杂的化学品，特别是多碳醇类乙醇和丙醇。 这两种醇类都是高能量密度的燃料，可以轻松地储存或运输。与化石燃料不同，这些太阳能燃料不会产生净碳排放，而且完全可再生。它们也不会占用任何农业土地，影响粮食生产。 目前，这个装置还只是一个概念验证，并且只显示了适度的效率。研究人员正在努力优化光吸收器，使它们能够更好地吸收太阳光，并优化催化剂，使它能够将更多的太阳光转化为燃料。  剑桥大学研发的“人工叶子”阳光反应装置 “尽管还有工作要做，但我们已经展示了这些人工叶子能够做什么。”Reisner教授说。“在我们远离以化石燃料为主导的经济体转型的过程中，展示我们可以超越最简单的分子，并制造出直接有用的东西是很重要的。” 虽然这项技术目前还处于实验室规模，但科学家们表示，他们的人工叶子是向远离化石燃料为主导的经济体转型的重要一步。他们的研究结果已发表在《自然能源》杂志上。 其他科学家也曾尝试过利用太阳能将二氧化碳和水转化为其他化学品，如合成气或甲醇。但这些过程通常需要多个步骤或额外的电力输入，降低了效率和可行性。 剑桥大学团队则首次实现了直接制造复杂液体燃料的目标。他们利用了铜和钯的协同效应，使得催化剂能够同时活化二氧化碳和水，并将它们连接成多碳醇分子。 其他科学家对这项研究给予了高度评价。美国加州大学伯克利分校的化学教授Peidong Yang表示：“这是一个非常令人印象深刻的成果，展示了利用太阳能将二氧化碳和水转化为有价值的液体燃料的巨大潜力。” |
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