人工光合作用创下新纪录：将二氧化碳高效转化为乙烯

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美国密歇根大学开发了一种新型系统，能够高效地将二氧化碳转化为乙烯，为未来可持续燃料的生产提供了新路径。

这一开创性系统在乙烯的生产效率、产量和使用寿命方面远远超过了其他人工光合作用系统。乙烯是一种广泛用于制造塑料的碳氢化合物，该系统的直接应用将帮助回收二氧化碳，从而避免这些二氧化碳被排放到大气中。

该研究成果已发表在《自然合成》（Nature Synthesis）杂志上。

在研究中，研究团队设计了一种装置，采用两种半导体来吸收光：一种是氮化镓纳米线森林，每条纳米线的宽度只有50纳米（大约几百个原子）；另一种是其生长的硅基。水和二氧化碳的转化反应发生在纳米线上点缀的铜簇上，每个铜簇约由30个原子组成。

这些纳米线被浸泡在富含二氧化碳的水中，并暴露在相当于正午阳光的光照下。光能释放电子，分解氮化镓纳米线附近的水，从而产生用于乙烯反应的氢气，同时生成氧气，并被氮化镓吸收，形成氮化镓氧化物。

铜簇有效捕获氢气并与二氧化碳结合，形成一氧化碳。然后，两个一氧化碳分子与氢气结合，完成乙烯的生成。这一反应主要发生在铜与氮化镓氧化物的界面处。

研究表明，在光照下，装置产生的自由电子中有61%参与了乙烯的生成过程。尽管另一种基于银和铜的催化剂达到了约50%的效率，但其只能在碳基液体中运行几个小时便会降解。相比之下，密歇根大学的装置在不减速的情况下运行了116小时，表现出更强的稳定性。

最终，该装置的乙烯生成速度是最接近竞争系统的四倍以上。