利用廉价的过渡金属材料合成出“人工树叶”

哈佛大学研究人员近日在模拟自然光照的条件下，利用廉价的过渡金属材料合成出“人工树叶”，成功实现二氧化碳的高效固定，并达到12.7 %的太阳能转化率，是自然界叶片转化效率的 0倍以上。相关成果20日发表在《细胞》杂志旗下《Chem》期刊上。 二氧化碳是当前温室效应的主要来源之一，如何有效地捕集、处理二氧化碳成为全球关注的焦点。自然界树叶的光合作用，直接利用光能把二氧化碳和水分子固定为碳水化合物，为科学家提供了一个很好的思路。开发高效低成本的（光）电催化剂来把二氧化碳转化为更高价值的化工产品和燃料分子、更好地解决全球的能源与环境问题，也是科学家们孜孜以求的目标。
对此，哈佛大学罗兰研究所汪淏田团队与斯坦福大学崔屹团队等合作，构建了一套由廉价金属镍和钴等材料组成的人工叶片系统。以锂离子电化学调控的氧化钴催化剂将水分子氧化，释放出氧气和质子；而镍金属单原子催化剂则高效的将质子注入二氧化碳分子中，得到一氧化碳还原产物，选择性高达9 .2%，后者也是重要的化工原料和燃料气体。
文章通讯作者汪淏田20日接受科技日报采访时表示，在人工光和作用的过程中，最具有挑战性的一步就是如何对二氧化碳进行高选择性的还原。这是因为绝大部分的催化剂更愿意选择把质子直接还原成氢气分子，而不是将其注入二氧化碳分子进行还原；传统意义上的镍金属催化剂就是这样。而他们在实验中发现，当将镍金属催化剂完全分散为镍的单原子时，镍单原子的物理化学性能发生了巨大变化，对二氧化碳还原的选择性从零跃升至9 .2%，可与金、银等贵重金属催化剂媲美。
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