廉价催化剂让光和二氧化碳变燃料，效率是植物光合作用13倍

长期以来，科学家一直梦想能够模仿光合作用，像植物一样利用光能将二氧化碳和水制备成有机化合物，比如可作燃料使用的甲醇等。近期科学家研究发现新的廉价催化剂，可提高人工光合作用效率至13.4%，远高于植物本身的光合作用效率1%。

上述研究人员来自瑞士联邦理工学院（École Polytechnique Fédérale de Lausanne，EPFL）化学家Michael Grätzel的研究团队。上述研究相关的论文于6月5日发表在国际学术期刊《自然》（Nature）杂志的子刊《自然·能源》（Nature Energy）上。

实际上，所谓的人工光合作用需要先将二氧化碳分解为一氧化碳和氧气，然后再将一氧化碳和氢结合成有机物。这个过程需要使用催化剂且消耗能量。催化剂指的是，在化学反应里能改变反应物化学反应速率（提高或降低）而不改变化学平衡，且本身的质量和化学性质在化学反应前后都没有发生改变的物质。

在过去二十多年模仿光合作用的研究中，科学家已发现了许多催化剂，但这些催化剂多倾向于使用贵金属（金Au、银Ag、钯Pd），而且高效靶向性催化一种特定产品还是一个挑战。

近年来，一种廉价的氧化铜（CuO）衍生的催化剂受到科学家的欢迎，不过由于其选择性差，将二氧化碳转化成一氧化碳的效率仍不高。这种催化剂也可以使水分解，Grätzel表示，其使水分解的物质的量甚至比二氧化碳分解的物质的量还多。随后的研究发现，在铟离子存在下使用氧化铜进行的电化学还原反应，可大大提高生成一氧化碳的量。最近，也有研究发现锡也能产生类似的效果。

在前人的研究成果下，Grätzel的研究团队使用原子沉积的方式，用氧化锡（SnO2）对氧化铜纳米线电极的表面进行改性，成为二氧化碳在电化学还原为CO时具有高选择性的催化剂，可以将90%的二氧化碳分子转化为一氧化碳。他们将这种催化剂和太阳能电池连接后发现，太阳能和一氧化碳的自由能转换效率为13.4%。据《科学》（Science报道，这要远远优于能够以约1％的效率进行光合作用储存能量的植物，甚至是将催化剂与微生物结合以产生燃料的最新混合方法。

据《科学》杂志报道，美国国家可再生能源实验室的可再生能源专家John Turner说，新的研究表现出“非常好的结果”。

美国加州理工学院的化学家Nate Lewis说，新的结果是其他最近的改进延伸，该结果也表明相关的研究正在取得进展。不过，Lewis也警告称，目前将二氧化碳转化为燃料的努力仍然保持在基础研究领域，它们目前还远不能以接近炼油的成本来生产燃料。

然而，目前可再生能源的偶尔激增性的供应可能会超出电网可承受的范围，可能会给电网造成冲击。所以，科学家们正在寻找一种可行的方式来存储多余的电力。Grätzel说，这可能也会进一步推动化学燃料在储存能源的发展。