微小的铜“纳米花”被附着在一片人造叶子上，用于生产清洁燃料和化学品，这些燃料和化学品是现代能源和制造业的支柱。
来自剑桥大学和加州大学伯克利分校的研究人员开发了一种实用的方法来制造碳氢化合物——由碳和氢组成的分子——完全由太阳提供能量。
他们开发的设备结合了由高效太阳能电池材料钙钛矿制成的吸光“叶子”和铜纳米花催化剂，将二氧化碳转化为有用的分子。与大多数只能将二氧化碳转化为单碳分子的金属催化剂不同，铜花能够形成具有两个碳原子的更复杂的碳氢化合物，如乙烷和乙烯，这是液体燃料、化学品和塑料的关键组成部分。
目前，几乎所有的碳氢化合物都来自化石燃料，但剑桥-伯克利团队开发的方法可以产生由二氧化碳、水和甘油（一种常见的有机化合物）制成的清洁化学品和燃料，而不会产生任何额外的碳排放。研究结果发表在《自然催化》杂志上。
这项研究建立在该团队早期对人造叶子的研究基础上，后者的灵感来自光合作用：植物将阳光转化为食物的过程。该研究的主要作者、剑桥大学优素福·哈米德化学系的维吉尔·安德烈博士说：“我们想超越基本的二氧化碳减排，生产更复杂的碳氢化合物，但这需要更多的能源。”
Andrei是剑桥大学圣约翰学院的研究员，他在加州大学伯克利分校杨培东教授的实验室进行了这项工作，这是温顿剑桥- kavli ENSI交流项目的一部分。
通过将钙钛矿光吸收剂与铜纳米花催化剂耦合，该团队能够生产更复杂的碳氢化合物。为了进一步提高效率并克服分解水的能量限制，该团队添加了可以氧化甘油的硅纳米线电极。这个新平台生产碳氢化合物的效率要高得多，比以前分解水和二氧化碳的系统高200倍。
该反应不仅能提高CO?的还原性能，而且还能产生用于制药、化妆品、化学合成等领域的甘油、乳酸、甲酸酯等高价值化学物质。
“甘油通常被认为是废物，但在这里，它在提高反应速度方面起着至关重要的作用，”安德烈说。“这表明我们可以将我们的平台应用于广泛的化学过程，而不仅仅是废物转化。通过仔细设计催化剂的表面积，我们可以影响我们产生的产品，使过程更具选择性。”
虽然目前CO?对碳氢化合物的选择性保持在10%左右，但研究人员对改进催化剂设计以提高效率持乐观态度。该团队设想将他们的平台应用于更复杂的有机反应，为可持续化学生产的创新打开大门。随着不断的改进，这项研究可以加速向循环、碳中和经济的过渡。
Andrei说：“这个项目是全球研究伙伴关系如何导致有影响力的科学进步的一个很好的例子。”“通过结合剑桥和伯克利的专业知识，我们开发了一个系统，可能会重塑我们可持续生产燃料和有价值化学品的方式。”
