开发受光合作用启发的智能光阱

植物利用光合作用从阳光中获取能量。现在，慕尼黑工业大学(TUM)的研究人员已将这一原理应用于开发新的可持续工艺的基础，这些工艺将来可以为大规模化学工业生产合成气(合成气)，并能够为电池充电。

合成气是一氧化碳和氢气的混合物，是制造许多化学起动剂材料(如氨、甲醇和合成碳氢化合物燃料)的重要中间产品。“合成气目前几乎完全使用化石原料制成，”无机和有机金属化学的Roland Fischer教授说。

由Fischer领导的研究小组开发的黄色粉末可以改变这一切。科学家们受到光合作用的启发，光合作用是植物用来从光中产生化学能的过程。“大自然需要二氧化碳和水进行光合作用，”Fischer说。研究人员开发的纳米材料模仿了参与光合作用的酶的特性。“纳米酶”以类似的方式使用二氧化碳、水和光生产合成气。

记录效率值

菲利普·斯坦利(Philip Stanley)博士在他的博士论文中谈到了这个话题，他解释说：“分子接管了能量天线的任务，类似于植物中的叶绿素分子。光被接收，电子被传递到反应中心，即催化剂。

研究人员系统的创新之处在于，现在有两个反应中心连接到天线。其中一个中心将二氧化碳转化为一氧化碳，而另一个中心将水转化为氢气。主要的设计挑战是安排天线、传递电子的机制和两个催化剂，以便从光中获得尽可能高的产量。

团队做到了这一点。“在36%时，我们的光能产量非常高，”斯坦利说。“我们成功地将多达三分之一的光子转化为化学能。以前的系统通常最多达到十分之一的光子。这一结果带来了希望，即技术实现可以使工业化学工艺更具可持续性。

用于存储电荷的光蓄能器

在一个单独的项目中，研究人员正在研究另一种使用来自太阳的光能的材料 - 但在这种情况下将其存储为电能。“未来一种可能的应用可能是由阳光充电的电池，而无需绕道穿过墙壁插座，”Fischer说。

研究人员在开发这些光蓄能器时使用了类似于纳米酶中的成分。在这里，材料本身也从入射光中吸收光子。但是，能量接收器不是作为化学反应的催化剂，而是紧密地集成在结构中，使其保持这种状态，使得电子在更长的时间内存储成为可能。研究人员已经在实验室中证明了该系统的可行性。

“有两种方法可以直接利用太阳能，”光催化组组长Julien Warnan博士说。“我们要么从中收集电能，要么利用能量推动化学反应。这两个系统都基于相同的原理，表明我们已经在实验上取得了成功。

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