炎炎夏日,每每跑到树荫下乘凉的我,都会很羡慕那些绿色植物:静静地伫立,安静的蒸腾,吸一口二氧化碳就能制造有机物,让自己茁壮成长。
为什么这么厉害,因为它们懂光合作用 。在叶绿体的帮助下,经过阳光(可见光)照射的绿色植物,可以把二氧化碳和水转化为有机物,并释放出氧气。
而人类,恰恰相反,吃下/燃烧有机物,不断排放温室气体,让地球不堪重负……如何开源节流成了摆在全世界各国人民面前的棘手问题。
最近,乘着材料科学研究热点的东风,事情有了转机。来自中佛罗里达大学的化学教授费尔南多·乌里贝-罗莫(Fernando Uribe-Romo),设计合成了一种新型材料——MOF(Metal-organic Framework,有机金属框架,一种有机分子和金属离子高度规则拼接成的三维聚合物)。费尔南多的新型MOF可以吸收蓝色的可见光,并把二氧化碳转化成无污染的太阳能燃料、同时生成清洁空气——听起来简直就是“人造光合作用机”。该研究成果于近日发表在《材料化学》上。
现在,就让我们观赏下巧夺天工的神器:
别怕,上面的发光圆筒,只是最常见的LED光源,用来模拟太阳光中的蓝光。当二氧化碳被缓缓注入光反应器时,我们的主角,中间那个小瓶子里黄色的MOF粉末,就会开始发挥作用。
再放大看下MOF的结构:
就是这样一个金属离子和有机物分子连接成的多孔框架。通过拼接不同的有机分子,MOF可以实现多种功能。
在费尔南多的钛金属框架上,一种叫做“N-烷基-氨基对苯二酸”的有机分子,可以像天线一样吸收聚集特定颜色(波长)的光。
以往的MOF材料(如二氧化钛)只能吸收紫外线来分解二氧化碳——紫外线虽然能量大,但在地球接收的太阳光里只占4%,难以应用到实际生产中。能吸收可见光的材料很少,只有铂、铼、铱,但这些金属又都价格不菲。现在,费尔南多的新设计完美地解决了这两个问题。
现在让我们到反应现场一探究竟。
反应完成后,二氧化碳可以被还原成甲酸和甲酰胺两种太阳能燃料,实现温室气体的回收再利用。
目前,费尔南多还在寻找可以吸收其他颜色可见光的材料,如果可行,将会极大缓解环境污染和能源匮乏的现状。“我们的目标是继续改良方法,更高效地制造还原型的碳。”费尔南多说,“我们的想法是,可以在发电厂旁边安置这样的二氧化碳吸收站,如此以往,就可以一边回收温室气体,一边向发电厂提供新生产出来的能量。”
也许未来某一天,普通家庭也可以在房顶安装“MOF光合作用机”,像太阳能电池板一样,为整个房子发电,同时制造清洁的空气。
“那有赖于技术和基础设施建设的发展,”费尔南多说,“但是一切皆有可能。”
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