CO 再利用に向けた重要な一歩₂持続可能な燃料を作るには炭素原子を連鎖させる必要があり、ミシガン大学で開発された人工光合成システムは、炭素原子のうち 2 つを結合させて、分野をリードする性能で炭化水素を生成することができます。

このシステムは、他の人工光合成システムをはるかに上回る効率、収量、寿命でエチレンを生産します。エチレンは通常プラスチックに使用される炭化水素であるため、このシステムの直接的な応用の 1 つは、二酸化炭素そうでなければ、プラスチックを製造するために大気中に排出されることになります。

「パフォーマンス、つまりアクティビティと安定性は、一般的に報告されているものよりも約 5 ～ 6 倍優れています。太陽エネルギーあるいは光による二酸化炭素のエチレンへの還元です」とミシガン大学の電気・コンピュータ工学教授であり、この論文の責任著者であるゼティアン・ミー氏は述べた。勉強で自然合成。

「エチレンは実際、世界で最も多く生産される有機化合物です。しかし、通常、それは高温高圧下で石油とガスから生産され、それらはすべて二酸化炭素を排出します」₂。」

長期的な目標は、炭素原子と水素原子のより長い鎖をつなぎ合わせて、液体燃料簡単に持ち運びできるもの。課題の一部は、CO からすべての酸素を除去することです。₂炭素源と水として、H₂O、水素源として。

このデバイスは、2 種類の半導体を通して光を吸収します。1 つは幅わずか 50 ナノメートル (数百原子) の窒化ガリウム ナノワイヤのフォレスト、もう 1 つはそれらが成長したシリコン ベースです。水と二酸化炭素をエチレンに変換する反応は、ナノワイヤーに点在する約 30 個の原子を含む銅クラスター上で起こります。

ナノワイヤーは二酸化炭素を豊富に含む水に浸され、正午の太陽に相当する光にさらされます。光からのエネルギーにより電子が解放され、窒化ガリウムナノワイヤーの表面近くの水を分解します。これにより、エチレン反応に供給する水素が生成されるだけでなく、窒化ガリウムが吸収して窒化酸化ガリウムになる酸素も生成されます。

銅は水素にぶら下がったり、二酸化炭素の炭素を掴んで一酸化炭素に変えるのが得意です。混合物中の水素と光からのエネルギーの注入により、研究チームは 2 つの効果があると考えています。一酸化炭素分子は水素と結合します。この反応は銅と窒化酸化ガリウムの界面で完了すると考えられており、そこで 2 つの酸素原子が剥ぎ取られ、水の分解により 3 つの水素原子に置き換わります。

チームは、61% が自由電子光によって生成された半導体がエチレンを生成する反応に寄与したと考えられます。銀と銅をベースにした別の触媒は、同様の約 50% の効率を達成しましたが、炭素ベースの流体中で実行する必要があり、機能するのは劣化するまで数時間しかありませんでした。対照的に、ミシガン州チームのデバイスは速度が低下することなく 116 時間稼働し、チームは同様のデバイスを 3,000 時間稼働させました。

これは部分的には窒化ガリウムと水分解プロセスとの間の相乗関係によるものであり、酸素の添加により触媒が改善され、自己修復プロセスが可能になります。デバイスの寿命の限界については、今後の研究で調査される予定です。

最終的に製作したデバイスは、エチレンこれは、最も近い競合システムよりも 4 倍以上高い速度です。

「将来的には、炭素数が 3 のプロパノールや液体製品など、他の多炭素化合物を生産したいと考えています」と、電気工学およびコンピュータ工学の研究助手で論文の筆頭著者である U-M の研究員 Bingxing Zhang 氏は述べています。

液体燃料は、多くの既存の輸送技術を持続可能にする可能性があり、Mi の最終目標です。