洛桑联邦理工学院
图形摘要
信用:DOI: 10
1021/jacsau
1c00408 EPFL的化学工程师开发了一种人工光合作用的新方法，这是一种收集太阳能的方法，可以从水中产生氢气作为清洁燃料
“人工光合作用是所有化学家的圣杯，”EPFL化学科学与工程研究所(ISIC)的化学工程师阿斯特丽德·奥拉亚说
“目标是捕捉阳光，一方面将水氧化生成氧气和质子，另一方面将质子还原为氢气，或者将二氧化碳还原为化学物质和燃料
这就是循环化工的本质
" 随着全球能源需求的增加，我们需要化石燃料的可行替代品，化石燃料对环境的负面影响也变得非常明显
其中一种替代品是氢，氢可以在简单的燃料电池中消耗，只留下水
生产氢气的一种方法是“水分解”，即水分子分解成氢分子和氧分子
在人工光合作用中，光被吸收产生分解水分子所需的能量
人工光合作用设备的经典设计相对简单:一种称为天线的吸光染料，与分离电荷(阳极和阴极)的半导体相结合，以及一种驱动水还原-氧化反应的电催化剂
然而，这一进程仍然太慢
可见光氧化水(e
g
阳光)仍然是人工光合作用的瓶颈，尽管进行了半个多世纪的研究，仍然阻碍了大规模的发展
“问题是很难找到具有高化学稳定性、合适的光电性能和高催化效率的电极材料，”奥拉亚说
天线提高效率 奥拉亚在EPFL休伯特·吉劳的实验室工作，领导了一项研究，为人工光合作用提供了一种新的方法
这项工作已经发表在美国化学学会期刊上
“在这项研究中，我们用一个简单的有机分子，即四硫富瓦烯(TTF)对水进行光氧化，”奥拉亚说
“研究表明，盐版本的TTF可以自组装成微型机器人，充当天线捕捉可见光，并作为电子泵将水氧化成氧气
“通常，这是一个缓慢的多步反应，但TTF盐分子的堆叠可以捕获氧化水分子所需的四个电子
油腻的触感 研究人员还使用了油乳剂中的水
奥拉亚说:“TTF天线可以位于靠近水相的油相中，在水相中提取水氧化产生的质子。”
“就像在自然光合作用中一样，双相系统允许反应物和产物的有效分离
" TTF仅由碳、硫和氢原子组成，它们都可以广泛获得
这意味着这种新方法也具有成本效益和可持续性，因为它不需要任何贵金属离子，如铂或铱
奥拉亚说:“这项工作是用少量简单的有机分子进行人工光合作用的一种新方法。”
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