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植物光合作用可以吸收二氧化碳,释放氧气。人类呼吸要吸入氧气,呼出二氧化碳。人类开车、骑摩托也会增加二氧化碳。人类的活动全都只会耗费世界上的能源,而不能增加能源。世界人口又太多了。这就是为什么现在世界上会出现能源危机,人类开始想各种办法来应对危机。而对缓解能源危机来说,大量的二氧化碳几乎是一点用都没有。除非有一天,人类想出可以把二氧化碳生产燃料的方法。

二氧化碳怎么能变成能源呢?世界上还有这样的好事?那不是取之不尽用之不竭了?

你别说,还真有一个方法。

只要把二氧化碳先变成一氧化碳就行了。同学们都知道,一氧化碳是有毒的,但可能并不知道一氧化碳其实是可以当燃料用的。一氧化碳在高温时可以和水发生反应,生成一氧化碳和氢气的混合物,再经过液化,生成液态的碳氢化合物(hydrocarbon)。这也就是我们常说的水煤气,这是一种可以投入日常使用的燃料。

所以把二氧化碳变成实用燃料的关键一步就在先要想办法把二氧化碳变成一氧化碳。科学家们尝试着用电解的方法来实现:在水中注入二氧化碳,同时用一些传统的电催化剂

(electrocatalyst),电解水。结果发现不行,在电解过程中,水分解成氢气和氧气的化学反应会优于二氧化碳分解为一氧化碳的化学反应而发生。电解操作结束时,会得到氢气和氧气,得不到科学家们想要的一氧化碳。

这难不倒科学家。科学家试了多种金属分子电催化剂,发现如果用金分子或白金分子当电催化剂,就可以让二氧化碳分解为一氧化碳的化学反应优先发生。电解操作结束时,可以得到科学家们想要的一氧化碳。实验虽然成功了,但是没有实际意义。因为这样的操作是要耗费掉一些金和白金,才能制造出一些水煤气燃料,这是得不偿失的。费了那么大劲,最后啊,划不来。

用金或白金分子当催化剂,可行,但是太贵了

最近,美国能源部国家实验室的几位找到了一种新的电催化剂。用这种东西来当电催化剂,同样能让二氧化碳和水发生反应生成一氧化碳,而且划得来。这种东西就是镍原子。

之前科学家们不是没有试过用镍当电催化剂,但是都是用的镍分子,因为金和白金也都是用的分子嘛。镍分子和其他传统电催化剂一样,根本得不出一氧化碳,而只能生成科学家们不想要的氢气和氧气。

但是科学家们没有想过用镍原子。这一次美国能源部国家实验室想了一个新方法,用镍原子!他们把一些孤立的镍原子镶嵌在一张石墨烯(graphene)薄片上。这张石墨烯薄片也极其薄,只有单个原子那么薄。结果发现,单个镍原子的特性和镍分子完全相反,却和金分子和白金分子相同。镍原子可以让二氧化碳分解成一氧化碳的化学反应优先发生,成功率高达97%。

用镍原子当催化剂,可行,而且不贵

这一实验发现让利用二氧化碳来生产燃料的想法朝着实现迈出了开拓性的第一步,但离实际应用还远,还有诸多问题要解决。下一步,科学家们将继续深入研究如何低成本、大范围地应用这一发现。

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