这是太阳能电解池的示意图

能源部劳伦斯伯克利国家实验室（Berkeley Lab）的科学家利用光合作用的力量将二氧化碳转化为燃料和醇类，效率远高于植物。这一成就标志着迈向可持续燃料 来源的重大里程碑。

许多系统已经成功地将二氧化碳还原为化学和燃料前体，例如一氧化碳或称为合成气的一氧化碳和氢气的混合物。在能源与环境科学杂志发表的一项研究中描述的这项新工作是第一个成功证明从二氧化碳直接转向目标产品（即乙醇和乙烯）的方法，在能源转换效率方面与天然气相对应。

优化光伏

研究人员通过优化光伏 - 电化学系统的每个组件来降低电压损耗，并在现有技术不够的情况下创建新材料。

伯克利实验室科学家Joel Ager在材料科学和化学科学部门联合任命时说：“这是一个令人振奋的发展。“由于上升的大气CO 2水平的改变地球的气候，需要发展电力的可持续发展的资源已经变得越来越迫切。我们在这里的工作表明，我们必须直接从太阳光使燃料的可行路径。”

太阳燃料路径是人类光合作用联合中心（JCAP）的关键目标之一，该中心是2010年建立的能源部能源创新中心，旨在推进太阳能燃料研究。该研究在JCAP的伯克利实验室校园进行。

JCAP研究的初步重点是解决水分在光合作用过程中的有效分裂。使用多种类型设备的JCAP科学家在很大程度上实现了这一任务，他们从事太阳能驱动的二氧化碳减排工作开始将目光投向实现与水分解相似的效率，被许多人认为是人造光合作用的下一个重大挑战。

伯克利实验室的另一个研究小组正在通过 关注光伏电化学系统中的特定组件来应对这一挑战。在今天发表的一项研究中，他们描述了一种新的催化剂，可以使用创纪录的能源投入实现二氧化碳转化为多碳转化。

太阳能

对于这个JCAP研究，研究人员设计了一个完整的系统，在一天的不同时间工作，而不仅仅是在1-sun照明的光能级别，这相当于阳光明媚的中午的中午高峰。它们改变了光源的亮度，表明即使在低光条件下，系统也保持有效。

当研究人员将电极连接到硅光伏电池时，他们实现了3至4％的太阳能转换效率，为0.35至1次太阳照明。将配置改变为串联连接的高性能串联太阳能电池，在1次太阳照射下，碳氢化合物和含氧化合物的转化效率达到5％以上。

“当我们达到5％时，我们在实验室里做了一个小小的舞蹈，”阿格说，他还被任命为加州大学伯克利分校材料科学和工程系的兼职教授。

由研究人员开发的新组件之一是铜 - 银纳米级阴极，其将二氧化碳减少为碳氢化合物和含氧化合物，以及氧化铱纳米管阳极，其氧化水并产生氧。

“纳米人的好处是，像植物一样，它可以使目标产品在广泛的条件下，而且非常稳定，”阿格说。

研究人员在德国伯克利分校实验室科学用户设施办公室分子铸造厂国家电子显微镜中心的材料进行了表征。结果帮助他们了解金属在双金属阴极中的作用。具体来说，他们了解到银有助于将二氧化碳还原成一氧化碳，而铜从那里吸收，进一步将一氧化碳还原成烃和醇。

寻求更好的低能量分解

因为二氧化碳是顽固稳定的分子，所以分解它通常涉及能量的显着投入。

伯克利实验室博士后研究员Gurudayal说：“将CO 2还原为乙醇或乙烯等烃类终产物可能需要5伏，开始结束。“我们的系统减少了一半，同时保持了产品的选择性。

值得注意的是，电极在水中良好运行，处于中性pH环境中。

Gurudayal说：“正在开发阳极的研究小组大多使用碱性条件，因为阳极通常需要高pH环境，这对于CO 2的溶解度来说并不理想。” “找到在中性条件下工作的阳极是非常困难的”。

研究人员通过在氧化锌表面上生长氧化铱纳米管来定制阳极，以产生更均匀的表面积，以更好地支持化学反应。

伯克利实验室化学家Frances Houle表示：“通过仔细研究每个步骤，这些研究人员证明了人们在这一点上没有想到的性能和效率水平，”科学与研究整合部副主任Frances Houle说。的研究。“这是在用于有效CO器件的设计的一大进步2还原和新材料的试验，并提供了完全集成的太阳能驱动CO的未来进步的明确框架2 -还原设备”。