南加州大学的格里塔·哈里森 信用:Pixabay/CC0公共域 莎玛·沙拉达称二氧化碳——全球变暖的罪魁祸首——是一种非常稳定的“非常快乐的分子”
" 她打算改变这种状况
沙拉达和南加州大学维特比工程学院的一组研究人员最近发表在《物理化学杂志》上，他们试图将二氧化碳分解，并将温室气体转化为有用的材料，如燃料或消费品，从药物到聚合物
通常，这个过程需要大量的能量
然而，在第一次类似的计算研究中，沙拉达和她的团队找到了一个更可持续的盟友:太阳
具体来说，他们证明了紫外线可以非常有效地激发一种有机分子，低聚苯乙烯
当暴露在紫外线下时，低聚联苯变成带负电荷的“阴离子”，容易将电子转移到最近的分子，如CO2，从而使CO2具有反应性，并能够被还原和转化为塑料、药物甚至家具等物品
沙拉达说:“众所周知，二氧化碳很难减少，这就是它在大气中存活数十年的原因。”
“但这种带负电荷的阴离子甚至能够还原像二氧化碳这样稳定的物质，这就是为什么它有希望，也是我们研究它的原因
" 地球大气中二氧化碳浓度的迅速增加是人类为避免气候灾难必须解决的最紧迫问题之一
自工业时代开始以来，人类通过燃烧化石燃料和其他排放物将大气中的二氧化碳增加了45%
因此，现在全球平均气温比前工业化时代高2摄氏度
由于二氧化碳等温室气体，来自太阳的热量仍滞留在我们的大气中，使我们的星球变暖
来自默克家族化学工程和材料科学系的研究团队由第三年的博士领导
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学生卡雷萨·克朗，由怀斯·加比兰助理教授沙拉达指导
该作品由萨曼莎·J
弗朗西斯科·布拉沃医疗磁体高中的戈麦斯是南加州大学年轻研究人员项目的一员，他允许来自代表性不足地区的高中生参加STEM研究
许多研究团队正在寻找方法，将从排放物中捕获的二氧化碳转化为燃料或碳基原料，用于从药品到聚合物等消费品
该过程传统上使用热量或电力以及催化剂来加速CO2转化为产品
然而，这些方法中的许多通常是能量密集型的，这对于旨在减少环境影响的过程来说并不理想
用阳光来激发催化剂分子是有吸引力的，因为它是节能和可持续的
沙拉达说:“大多数其他方法都涉及使用金属基化学物质，这些金属是稀土金属。”
“它们可能很贵，很难找到，而且可能有毒
" 沙拉达说，替代方法是使用碳基有机催化剂进行这种光辅助转化
然而，这种方法也有其自身的挑战，这也是研究小组的目标
该团队使用量子化学模拟来理解电子如何在催化剂和CO2之间移动，以确定该反应最可行的催化剂
沙拉达说，这项工作是同类研究中的第一项计算研究，因为研究人员以前没有研究过将电子从低聚苯乙烯等有机分子转移到CO2的潜在机制
研究小组发现，他们可以对低聚苯乙烯催化剂进行系统的修饰，通过添加原子团来加速反应，这些原子团在与分子结合时会赋予特定的性质，从而将电子推向催化剂的中心
尽管面临挑战，沙拉达对她的团队的机会感到兴奋
沙拉达说:“其中一个挑战是，是的，他们可以利用辐射，但只有很少一部分在可见光区，在那里你可以用光照射它，以便发生反应。”
“通常，你需要一个紫外线灯来实现它
" 沙拉达说，该团队现在正在探索催化剂的设计策略，这些策略不仅可以导致高反应速率，还可以利用量子化学和遗传算法让分子被可见光激发
这篇研究论文是高中生戈麦斯在一份享有盛誉的同行评议期刊上的第一篇合著出版物
戈麦斯是布拉沃医疗磁体学校的一名大四学生，当时她参加了南加州大学的年轻研究人员项目，在沙拉达的实验室工作
她直接接受了克朗的理论和模拟训练
沙拉达说戈麦斯的贡献给人留下了深刻的印象，团队一致认为她应该获得论文的作者身份
戈麦斯说，她很高兴有机会从事有助于环境可持续性的重要研究
她说她的角色包括进行计算研究，计算哪些结构能够显著减少二氧化碳
戈麦斯说:“传统上，我们知道研究来自实验室，在实验室里，你必须穿上实验服，接触危险的化学物质。”
“我很享受每天都在学习新的研究知识，我不知道这些知识可以通过计算机程序来完成
" 戈麦斯说:“我获得的第一手经验是我所能要求的最好的，因为它让我能够探索自己在化学工程领域的兴趣，并看到有许多方法可以实现拯救生命的研究。”
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