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太阳能驱动二氧化碳转化*

2021-02-07王锋周化岚张建国

自然杂志 2021年1期
关键词:催化剂生物系统

王锋,周化岚,张建国

上海理工大学 医疗器械与食品学院,食品科学与工程研究所,上海 200093

大气中二氧化碳主要来源于化石燃料的燃烧、动物的呼吸、有机物的腐烂等过程。全球人口持续增长和工业化程度的提高导致化石能源需求呈指数增长,进而导致每年向大气中释放数十亿吨CO2,而大气中CO2含量的快速上升导致全球变暖。国际气候变化经济学报告显示,按照目前人类的生活方式,到2100年,全球平均气温可能会上升4℃,将会引发冰川融化、海平面上升等一系列环境问题。有研究表明,地球需要近1 000年才能消除目前已有CO2的温室效应[1]。因此,有效捕获并利用CO2,减少大气中CO2的含量已成为研究热点。

减少大气中CO2含量有以下三种方式:①减少CO2排放量;②捕获和储存CO2,例如地质储存、海洋储存和矿物储存;③CO2的转化和利用。CO2的转化和利用不仅改善温室效应,而且储存能量,缓解日益严重的能源危机。

CO2为非极性线性分子,碳处于最高价态,化学性质稳定。因此,将CO2加以回收利用存在较大难度。光合作用是自然界中CO2的转化方法,即绿色植物或光合细菌在光照条件下,将CO2转化为氧气和(或)生长必需的能量物质的过程[2]。人工转化CO2主要由热能、电能、太阳能驱动[3]。由于太阳能分布普遍,总量巨大,相较于风能和氢能等有明显优势,基于太阳能的CO2转化和利用受到广泛关注。太阳能驱动的CO2转化包括光催化转化、光热转化、光电协同转化和生物技术转化。本文对近年来太阳能驱动的CO2转化工作进行简要综述。……

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