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应对化石能源枯竭,施春风张涛李静海白春礼联合发文指出
“液态阳光”有望驱动未来世界

“按照这个思路,我们继续分散纳米颗粒,直至到单核尺度,其水氧化活性突跃上升到每秒钟发生化学反应200次以上。”李灿指出。这是目前报道的多相催化剂水氧化最高的活性,也达到了自然光合作用水氧化多核锰催化剂的水平。

论文指出,当今世界的发展离不开化石燃料,而“液态阳光”将可能成就未来世界。因为绿色燃料来源于阳光,是可再生的不竭能源,在保护环境的同时,能够对未来多种现代化应用及服务起到至关重要的作用。

《中国科学报》 (2018-10-16 第1版 要闻)更多阅读“液态阳光”有望驱动未来世界

作者提出,如果人类想要获取、储存及供给太阳能,关键就在于如何将其转化为稳定、可储存、高能量的化学燃料,如绿色醇类燃料。液态燃料的运输和配送并不困难,在对现有的基础设施和供应链进行一些改良后,便可广泛地加以运用。绿色醇类燃料以阳光为原料,其生产和利用将有助于满足人类在交通、工业和材料等终端应用领域的能源需求,保持生态平衡,对可持续发展起到至关重要的作用。

光合作用中,植物利用太阳能将水裂解释放氧气、为生物合成提供电子和质子,并进行光合反应,这是人类梦寐以求的能源转化过程。不久前,《焦耳》杂志发表了中国科学院院长、中科院院士白春礼等作者的文章,提出“液态阳光”的倡议,指出实现液态阳光关键在于将太阳能转化为稳定、可储存、高能量的化学燃料,这应该引起科学界重视。其中,水氧化是自然光合作用和人工光合成的原初反应,实现“液态阳光”的关键在于开发高效稳定的水氧化催化剂。

当化石能源枯竭时,人类是否有应对之策?9月19日在《焦耳》杂志在线发表的一篇论文中,作者提出了一种富有想象力的未来。

本报讯将清洁的太阳能转化为可储存、可运输的燃料,是当今科学界“圣杯”式的难题。科学家曾提出“液态阳光”(即“太阳燃料”)的构想,以应对未来化石燃料枯竭的能源需求和气候变化。10月16日《自然—催化》发表的一篇论文显示,中科院大连化学物理所研究员、中科院院士李灿团队发现了一种可与自然光合作用催化剂活性相媲美的单核锰催化剂,为实现“液态阳光”构想迈出关键一步。

这篇文章的作者阵容强大,分别是中国科学院大学校长资深顾问施春风,中科院副院长、中科院院士张涛,国家自然科学基金委员会主任、中科院院士李静海,中国科学院院长、中科院院士白春礼,其中白春礼和施春风为该论文的共同通讯作者。作者提出,在化石燃料枯竭的未来,“液态阳光”可能是解决问题的关键。

相关论文信息:DOI: 10.1038/s41929-018-0158-6

不过作者也指出,成功的转型始于多国协作和涵盖科学、技术、政策及产业的跨学科方法。通过号召人们努力实现经济可持续增长和环境保护的共同目标,作者对“液态阳光”在未来得以实现持乐观态度。

李灿同时表示:“这是我们在长达18年里围绕人工光合成关键科学问题的攻关取得的阶段性成果。”自2001年起,他带领的科研团队致力于人工光合成太阳燃料研究,在太阳能光催化、光电催化和电催化分解水制氢,以及二氧化碳加氢制甲醇等方面取得了进展,研发了系列具有自主知识产权的相关专利技术。今年7月,该团队在兰州新区成功启动千吨级液态太阳燃料生产示范工程,标志着我国真正意义上开始了大规模液态太阳燃料生产过程的实践。

文章指出,在过去的两个世纪,化石燃料为人类的经济带来了指数型增长,但如今人类也正面临着这一增长带来的后果——气候变化、环境恶化、能源安全以及在未来大约100年的时间内,因化石燃料的枯竭所带来的一系列问题。受世界人口增长和发展中国家工业化进程的推动,人们对能源的渴求程度与以往相比,已攀升到了一个空前的高度。展望下一个世纪,人类只能将主要的能量来源寄希望于太阳。

研究人员将含锰的氧化物纳米颗粒固定在作为基体的氮化石墨烯上,在基体上逐步分散纳米颗粒,并测量其在不同分散程度下的催化活性。他们意外地发现,纳米颗粒尺寸越小,水氧化活性越高。

作者认为,如果人类能够像发明水库系统一样,开发可以获取并储存太阳能的能量供应系统,将会对发展以阳光作为驱动力的未来世界大有裨益。

李灿说,未来,此次发现的单核锰催化剂有望在该示范工程中应用。

Doi:10.1016/j.joule.2018.08.016

李灿告诉《中国科学报》记者,自然光合作用水氧化反应的催化剂是一个多核锰的化合物,由四个锰离子和一个钙离子及多个氧原子组成,催化活性为每秒钟发生化学反应次数为100至400次之间。

然而,将阳光转化为可储存、可运用的形式可谓挑战重重,许多被认为有潜力的解决方案都面临着技术、社会及经济等多方因素的制约。该文章指出,其实大自然为人们指明了更为智慧且简洁的方法,植物可以获取阳光并将其转化为葡萄糖,葡萄糖既是能量的载体又能将其储存,并通过水溶液的形式输运。

长期以来,科学家沿着这一思路寻找模拟自然光合作用的多核锰催化剂。李灿团队也不例外。“一开始,我们并没有预测到单核锰催化剂会具有如此高的催化活性。”李灿坦言。

阳光是地球上最丰富的能量来源,然而,如果人们希望像“拨动开关”那样自如轻松地使用太阳能,则需要开发一套系统,将来自太阳的能量转化为稳定可用的能量形态,以便于储存、运输并配送至终端使用者。

实现“液态阳光”迈出关键一步
科学家发现媲美自然光合作用的单核锰催化剂

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“液态阳光”来源于丰富的阳光、二氧化碳和水,属于可再生绿色液态燃料。该论文对“液态阳光”战略进行了详细阐述,提出了人们可以采取哪些可行的步骤,来推进化石燃料能源系统向绿色能源为主导的能源系统的转型。

“经济增长和环境可持续是中国乃至全世界的共同目标,为构建‘人类命运共同体’,中国将会与其他国家一道,为人类社会的共同发展推动绿色燃料的技术进步。”论文通讯作者之一白春礼认为,“‘液态阳光’可为世界提供一条兼顾经济可持续增长和应对气候变化、环境恶化的途径,有助于实现联合国可持续发展目标。”

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