剑桥大学
信用:CC0公共领域
研究人员开发了一种有效的概念，将二氧化碳转化为清洁、可持续的燃料，没有任何不想要的副产品或废物
来自剑桥大学的研究人员此前已经表明，生物催化剂或酶可以使用可再生能源清洁地生产燃料，但效率较低
他们的最新研究在实验室环境中将燃料生产效率提高了18倍，证明了污染性碳排放可以有效地转化为绿色燃料，而不会浪费任何能源
这些结果发表在《自然化学》和《美国国家科学院院刊》的两篇相关论文中
大多数将二氧化碳转化为燃料的方法也会产生不需要的副产品，如氢气
科学家可以改变化学条件来减少氢气的产生，但这也降低了二氧化碳转化的性能:因此可以生产更清洁的燃料，但以效率为代价
剑桥开发的概念证明依赖于从细菌中分离出的酶来推动化学反应，将二氧化碳转化为燃料，这一过程称为电解
酶比金等其他催化剂更有效，但它们对当地的化学环境高度敏感
如果当地环境不完全合适，酶就会分解，化学反应就会变慢
剑桥大学的研究人员与葡萄牙新里斯本大学的一个团队合作，开发了一种通过微调溶液条件来改变酶的局部环境来提高电解效率的方法
“经过数百万年的进化，酶变得非常高效和有选择性，而且它们对燃料生产非常有帮助，因为没有任何不需要的副产品，”博士说
剑桥大学Yusuf Hamied化学系的Esther Edwardes Moore是PNAS论文的第一作者
“然而，酶的敏感性带来了一系列不同的挑战
我们的方法考虑到了这种敏感性，因此调整了局部环境以匹配酶的理想工作条件
" 研究人员使用计算方法设计了一个系统来改善二氧化碳的电解
与当前的基准解决方案相比，使用基于酶的系统，燃料生产水平提高了18倍
为了进一步改善当地环境，研究小组展示了两种酶如何协同工作，一种产生燃料，另一种控制环境
他们发现，通过添加另一种酶，可以加速反应，既提高效率，又减少不需要的副产品
“我们最终得到了我们想要的燃料，没有副产品，只有少量的能量损失，以最高的效率生产出清洁燃料，”博士说
萨姆·科布，自然化学论文的第一作者
“通过从生物学中获取灵感，它将帮助我们开发更好的合成催化剂系统，如果我们打算大规模部署二氧化碳电解，这将是我们所需要的
" “电解在减少碳排放方面发挥着重要作用，”领导这项研究的欧文·莱斯纳教授说
“我们展示了一种新的概念，不是捕获和储存高能耗的二氧化碳，而是以高能效的方式捕获碳并从中获取有用的东西
" 研究人员说，更有效的二氧化碳电解的秘密在于催化剂
近年来，合成催化剂的发展有了很大的进步，但它们仍然达不到这项工作中所用的酶的水平
“一旦你设法制造出更好的催化剂，二氧化碳电解的许多问题就会消失，”科布说
“我们正在向科学界展示，一旦我们能够生产出未来的催化剂，我们将能够消除目前正在做出的许多妥协，因为我们从酶中学到的东西可以转移到合成催化剂上
" “一旦我们设计了这个概念，性能的提高是惊人的，”爱德华·摩尔说
“我担心我们会花费数年时间试图了解分子水平上发生了什么，但一旦我们真正意识到当地环境的影响，它就进化得非常快
" “在未来，我们希望利用我们所学到的知识来解决一些挑战性的问题，这些问题是目前最先进的催化剂难以解决的，例如直接从空气中使用二氧化碳，因为在这些条件下，酶作为理想催化剂的特性可以真正发光，”科布说
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