在應對全球變暖的緊迫競賽中，科學家們長期以來一直夢想著將一個主要的罪魁禍首轉變為有價值的資產。這一挑戰一直在於將穩定的温室氣體轉變為更有用狀態所需的巨大能量。目前，諾丁漢大學的科學家們已開發出一種太陽能驅動的反應器，結合了兩種新型催化劑材料，以同時驅動兩個獨立反應。這個系統完全由陽光供能，同時將二氧化碳轉化為有價值的化學品，並將生物質廢料轉化為可持續塑料的基本構建塊。
這個設備通過從單一光子能量中提取兩種不同的有價值化學產品來實現這一壯舉。
諾丁漢大學的太陽能反應器實現雙重化學轉化
該機器被稱為無偏光電化學（PEC）反應器，通過雙腔設計有效地將單一光太陽互動分成兩部分，以同時實現兩個目標。這種雙腔反應器使用單一的太陽光光子來驅動高效的鏈式反應。「這一過程的核心是由氮化碳和氧化鈦半導體製成的納米結構光陽極，並增強了鈷氧化物層，與第二腔的陰極相結合。」諾丁漢大學化學學院的研究員 Madasamy Thangamuthu 博士表示，他設計了這個 PEC 反應器和催化劑。
這一太陽能驅動的過程始於光子擊中光陽極，產生自由電子和稱為「孔」的原子空位。當電子前往陰極以還原二氧化碳的同時，剩餘的孔也同時氧化生物質分子 5-羥甲基-2-呋喃酸（HMFA），從而同時執行兩種不同的化學升級。當光線照射到第一腔時，將一種生物廢料分子氧化為下一代塑料的前體。該反應釋放出一個電子，這個電子隨後進入第二腔還原二氧化碳為甲酸，這是一種用於紡織品、油漆和製藥的多用途化學品。
這種設備完全依賴太陽能運行，無需外部熱能或電力，對於二氧化碳的轉化率約為 93%，而生物質的氧化率則約為 95%。利用光子能量提供了一個高效且可持續的零排放化學製造藍圖。此外，許多現代實驗室的突破使用了稀有且價格昂貴的金屬如鉑或鋨來驅動其化學反應。這些材料在學術期刊中看起來極為出色，但對於全球工業擴展來説卻完全不切實際。諾丁漢團隊完全用地球豐富且廉價的元素來設計他們的材料。
科學家們通過一種獨特的方法將生產成本保持在低位，同時保持高效能率：他們將催化劑的金屬原子直接組裝成定製的尺寸和形狀，並固定在反應器的表面上。完整的生命週期評估已經驗證了該系統的低碳足跡。長期願景是建立一個去中心化的製造網絡。這些模塊化反應器最終可以直接連接到活躍的工廠煙囱和當地的農業生物精煉廠。最終，該團隊將這一發現視為直接利用太陽能應對温室氣體減少和廢物升值的雙重挑戰，朝著全球淨零目標邁出的重要一步。
該研究於 6 月 12 日發表在《通訊材料》期刊上。
