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2019-07-16
近日，一篇发表在《美国化学学会可持续化学&工程学杂志》上的研究称，一种新型设计方案能够使人造叶子从实验室“走出去”应用于自然环境，这种改良型人造叶子对二氧化碳的能量转化率是天然树叶的10倍。
人造叶子模拟光合作用，即植物利用太阳能量将空气中的水分和二氧化碳制造碳水化合物的过程。但是，此前这种有望减少大气中二氧化碳排放的人造叶子，只能在实验室里工作，因为它们需要使用实验室容器中的纯压二氧化碳。
研究报告作者、美国伊利诺伊州立大学工程学院副教授Meenesh Singh说：“迄今为止，所有在实验室中测试过的人造叶子设计都使用了加压罐中的二氧化碳，为了使其成功应用于自然环境，人造叶子需要吸收更多稀释来源的二氧化碳。”
而从人造叶子中分离出加压二氧化碳意味着它们需要收集和浓缩空气中的二氧化碳，从而促进人工光合作用反应。Meenesh Singh和同事Aditya Prajapati在实验室通过将传统人造叶子封装在透明胶囊中来解决这一问题。
据了解，透明胶囊是由季铵树脂半透膜制成，里面装满水。季铵树脂半透膜可使水在阳光照射下蒸发，当水分穿过半透膜时，会选择性地从空气中吸收二氧化碳。胶囊中的人工光合作用装置由涂有催化剂的吸光器组成，这种催化剂能将二氧化碳转化为一氧化碳，然后被虹吸抽出用于制造各种合成燃料的基础成分。同时，该过程也会制造氧气，供周围环境吸收使用。
Meenesh Singh说：“通过将传统人造叶子封装在这种特殊薄膜之中，整个装置就像一片天然叶子能够在自然环境中进行光合作用。”
他们的计算显示，360片人造叶子，每个1.7米长、0.2米宽，每天可以制造接近半吨的一氧化碳，用于合成燃料制造。同时，覆盖500平方米的360片人造叶子能够一天之内将周围100米范围内空气中的二氧化碳含量降低10%。
Meenesh Singh说：“我们的设计使用了现有材料和技术，当它们结合在一起时可以制造现实版的人造叶子，能够在实验室之外的自然环境使用，从而在减少大气中温室气体方面发挥重要作用。”（杨艳）
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