瑞典林雪平大學(xué)的研究人員正在嘗試將二氧化碳(一種溫室氣體)轉(zhuǎn)化為利用陽(yáng)光中的能量進(jìn)行燃燒的燃料。最近的結(jié)果表明，可以使用他們的技術(shù)從二氧化碳和水中選擇性地生產(chǎn)甲烷，一氧化碳或甲酸。該研究已經(jīng)發(fā)表在ACS Nano上。

植物將二氧化碳和水轉(zhuǎn)化為氧氣和高能糖，它們被用作“燃料”來(lái)生長(zhǎng)。他們從陽(yáng)光中獲取能量。林建平大學(xué)的孫建武和他的同事正在嘗試模仿這種被稱(chēng)為光合作用的反應(yīng)，這種反應(yīng)被植物用來(lái)從空氣中捕獲二氧化碳并將其轉(zhuǎn)化為化學(xué)燃料，例如甲烷，乙醇和甲醇。該方法目前處于研究階段，科學(xué)家的長(zhǎng)期目標(biāo)是有效地將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為燃料。

該部高級(jí)講師孫建武說(shuō)：“通過(guò)利用太陽(yáng)能將二氧化碳轉(zhuǎn)化為燃料，該技術(shù)可以促進(jìn)可再生能源的發(fā)展，并減少對(duì)化石燃料燃燒的氣候的影響。”林雪平大學(xué)物理，化學(xué)和生物學(xué)專(zhuān)業(yè)。

石墨烯是存在的最薄的材料之一，由單層碳原子組成。它具有彈性，柔韌性，對(duì)日光透明，并且是良好的電導(dǎo)體。這些特性的組合確保了石墨烯具有在電子和生物醫(yī)學(xué)等應(yīng)用中使用的潛力。但是僅石墨烯不適合LiU研究人員尋求的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換應(yīng)用，因此他們將石墨烯與半導(dǎo)體立方碳化硅(3C-SiC)結(jié)合在一起。林雪平大學(xué)的科學(xué)家以前已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一種世界領(lǐng)先的方法，可以在由碳和硅組成的立方碳化硅上生長(zhǎng)石墨烯。當(dāng)加熱碳化硅時(shí)，硅汽化，同時(shí)碳原子保留并以石墨烯層的形式重構(gòu)。研究人員先前已經(jīng)表明，可以以受控的方式將多達(dá)四層的石墨烯彼此疊置。

他們將石墨烯和立方碳化硅結(jié)合在一起，開(kāi)發(fā)出了一種基于石墨烯的光電極，該電極保留了立方碳化硅捕獲陽(yáng)光能量并產(chǎn)生電荷載流子的能力。石墨烯在保護(hù)碳化硅的同時(shí)充當(dāng)導(dǎo)電透明層。

基于石墨烯的技術(shù)的性能受多個(gè)因素控制，其中重要的一個(gè)因素是石墨烯與半導(dǎo)體之間的界面質(zhì)量。科學(xué)家已經(jīng)詳細(xì)研究了該界面的特性。它們顯示在文章中，他們可以調(diào)整在石墨烯層的硅碳化物和控制基于石墨烯的光電極的性能。以此方式使二氧化碳的轉(zhuǎn)化更有效，同時(shí)組分的穩(wěn)定性得到改善。

研究人員開(kāi)發(fā)的光電極可以與各種金屬的陰極結(jié)合，例如銅，鋅或鉍。通過(guò)選擇合適的金屬陰極，可以從二氧化碳和水中選擇性地形成不同的化合物，例如甲烷，一氧化碳和甲酸。

“最重要的是，我們已經(jīng)證明，我們可以使用太陽(yáng)能的能量，以控制轉(zhuǎn)化的碳氧化物成甲烷，一氧化碳或甲酸，”建武Sun說(shuō)

甲烷用作燃料中的車(chē)輛適于使用氣體燃料。一氧化碳和甲酸可以進(jìn)一步加工以使其可用作燃料，也可以在工業(yè)中使用。”