近日，科學家們發(fā)明了可以在合成材料中觸發(fā)光合作用的方法，不僅可以將溫室氣體轉化為清潔的空氣，同時還可以產生能量。這一過程對于大幅度減少影響全球氣候變化的溫室氣體，并且獲得清潔能源，具有極大的意義。
UCF大學Fernando Uribe-Romo教授
來自中佛羅里達大學的Fernando Uribe-Romo教授說到，“這個成果是項重大的突破!從科學的角度來看，制備能夠吸收特定顏色光線的材料十分困難，但是從社會的角度來看，我們正推動著減少溫室氣體的技術的發(fā)展。”
Uribe-Romo和他的研究團隊在合成金屬有機骨架材料中觸發(fā)化學反應將二氧化碳分解為無害的有機材料，這一過程和植物的光合作用十分相似，都是將光能轉化為化學能。植物利用陽光、二氧化碳以及水產生生成有機物，Uribe-Romo的人造“光合作用”生成太陽燃料。
科學家們之前也做過很多類似的嘗試，但是利用可見光去觸發(fā)這一化學反應十分困難。紫外線具有足夠的能量促使這一化學反應在一些常見的材料中發(fā)生，例如二氧化鈦等，但是紫外線在地球接收的太陽光中只占了4%。而從紫色到紅色的可見光占據(jù)了太陽輻射光的主要，但諸如鉑、錸和銥等可以吸收可見光的材料十分稀少和昂貴，使得人造“光合作用”的成本變得十分高昂。
金屬有機骨架(MOF)材料很早便被用于分離和捕獲氣體，Uribe-Romo和他的同事提出將常見無毒的鈦金屬與有機分子(N-alkyl-2-aminoterephthalates)結合作為“捕光天線”吸收藍色光。這一特殊有機分子被加入MOF材料后可以吸收特定顏色的光，當二氧化碳進入MOF材料的孔內，“捕光天線”捕獲藍光并釋放電子，被鈦氧化物利用去轉化二氧化碳。
研究團隊搭建了一個藍色LED光反應器去驗證這一假設，將一定量的二氧化碳充入發(fā)藍光的圓柱體反應器中，觀察反應是否發(fā)生。圓柱腔體內條狀的LED光發(fā)出藍光，模擬太陽光中的藍色光波。實驗奏效，化學反應將二氧化碳被轉化為還原性碳—甲酸和甲酰胺(兩種太陽燃料)，同時凈化了空氣。
用于人造“光合作用”的光反應器
為了能使這一反應在其他波長的可見光中同樣適用，研究團隊將對合成材料進行調整，并不斷改進系統(tǒng)的效率，如果成功，將可以極大有效的減少溫室氣體并帶來能源產業(yè)的革命。
這種新型的MOF材料，最終可以被應用于發(fā)電廠去減少釋放到大氣中的二氧化碳含量。Uribe-Romo解釋說，“氣體被電站吸入，通過化學反應，將溫室氣體循環(huán)轉化后產生的能量用回電站”;另一種可能性就是將這種材料運用到房屋的屋頂材料，這樣可以在凈化房屋空氣的同時能夠為家庭供電。“這些的最終實現(xiàn)勢必會需要更多新的技術和基礎設施，但一切都是可能的。”
