長(zhǎng)期以來(lái)，科學(xué)家一直夢(mèng)想能夠模仿光合作用，像植物一樣利用光能將二氧化碳和水制備成有機(jī)化合物，比如可作燃料使用的甲醇等。近期科學(xué)家研究發(fā)現(xiàn)新的廉價(jià)催化劑，可提高人工光合作用效率至13.4%，遠(yuǎn)高于植物本身的光合作用效率1%。

上述研究人員來(lái)自瑞士聯(lián)邦理工學(xué)院（école Polytechnique Fédérale de Lausanne，EPFL）化學(xué)家Michael Gr?tzel的研究團(tuán)隊(duì)。上述研究相關(guān)的論文于6月5日發(fā)表在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然》（Nature）雜志的子刊《自然·能源》（Nature Energy）上。

實(shí)際上，所謂的人工光合作用需要先將二氧化碳分解為一氧化碳和氧氣，然后再將一氧化碳和氫結(jié)合成有機(jī)物。這個(gè)過(guò)程需要使用催化劑且消耗能量。催化劑指的是，在化學(xué)反應(yīng)里能改變反應(yīng)物化學(xué)反應(yīng)速率（提高或降低）而不改變化學(xué)平衡，且本身的質(zhì)量和化學(xué)性質(zhì)在化學(xué)反應(yīng)前后都沒(méi)有發(fā)生改變的物質(zhì)。

在過(guò)去二十多年模仿光合作用的研究中，科學(xué)家已發(fā)現(xiàn)了許多催化劑，但這些催化劑多傾向于使用貴金屬（金Au、銀Ag、鈀Pd），而且高效靶向性催化一種特定產(chǎn)品還是一個(gè)挑戰(zhàn)。

近年來(lái)，一種廉價(jià)的氧化銅（CuO）衍生的催化劑受到科學(xué)家的歡迎，不過(guò)由于其選擇性差，將二氧化碳轉(zhuǎn)化成一氧化碳的效率仍不高。這種催化劑也可以使水分解，Gr?tzel表示，其使水分解的物質(zhì)的量甚至比二氧化碳分解的物質(zhì)的量還多。隨后的研究發(fā)現(xiàn)，在銦離子存在下使用氧化銅進(jìn)行的電化學(xué)還原反應(yīng)，可大大提高生成一氧化碳的量。最近，也有研究發(fā)現(xiàn)錫也能產(chǎn)生類似的效果。

在前人的研究成果下，Gr?tzel的研究團(tuán)隊(duì)使用原子沉積的方式，用氧化錫（SnO2）對(duì)氧化銅納米線電極的表面進(jìn)行改性，成為二氧化碳在電化學(xué)還原為CO時(shí)具有高選擇性的催化劑，可以將90%的二氧化碳分子轉(zhuǎn)化為一氧化碳。他們將這種催化劑和太陽(yáng)能電池連接后發(fā)現(xiàn)，太陽(yáng)能和一氧化碳的自由能轉(zhuǎn)換效率為13.4%。據(jù)《科學(xué)》（Science報(bào)道，這要遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于能夠以約1％的效率進(jìn)行光合作用儲(chǔ)存能量的植物，甚至是將催化劑與微生物結(jié)合以產(chǎn)生燃料的最新混合方法。

據(jù)《科學(xué)》雜志報(bào)道，美國(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室的可再生能源專家John Turner說(shuō)，新的研究表現(xiàn)出“非常好的結(jié)果”。

美國(guó)加州理工學(xué)院的化學(xué)家Nate Lewis說(shuō)，新的結(jié)果是其他最近的改進(jìn)延伸，該結(jié)果也表明相關(guān)的研究正在取得進(jìn)展。不過(guò)，Lewis也警告稱，目前將二氧化碳轉(zhuǎn)化為燃料的努力仍然保持在基礎(chǔ)研究領(lǐng)域，它們目前還遠(yuǎn)不能以接近煉油的成本來(lái)生產(chǎn)燃料。

然而，目前可再生能源的偶爾激增性的供應(yīng)可能會(huì)超出電網(wǎng)可承受的范圍，可能會(huì)給電網(wǎng)造成沖擊。所以，科學(xué)家們正在尋找一種可行的方式來(lái)存儲(chǔ)多余的電力。Gr?tzel說(shuō)，這可能也會(huì)進(jìn)一步推動(dòng)化學(xué)燃料在儲(chǔ)存能源的發(fā)展。