作者:牛艺博 刘燕飞 董利苹 来源: 中国科学报 发布时间:2019-10-10
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太阳能为氢燃料生产提供新途径

近日,美国国家科学基金会(NSF)发布新闻指出,NSF资助利哈伊大学的研究团队首次利用一种酶生物矿化过程,制造出可以利用太阳光的能量来分解水分子以产生氢的催化剂。

太阳能驱动的水分解是一条通往可再生能源经济的可行道路。近年来,相关研究层出不穷,通过该催化剂生成产生的氢气既可以作为运输燃料,也可以作为化肥和化工生产的关键原料。目前,这两个行业在温室气体排放总量中都占很大比例。

光催化是一种有吸引力的、可持续的、潜在的低成本的方法用以捕获太阳能作为燃料。然而,由于经济和环境方面的考虑,目前的光催化材料合成路线不容易扩大到影响人们能源消耗所需的规模。纳米结构可能开启许多新功能,在这种情况下,为化学反应创造特殊的催化剂,从而提供可持续能源。

由于地球上水资源相对于其他能源易于获取,而且存量较大、能够持续产生,科学家们一直通过各种办法分解水以产生氢气,提供生产生活中的能源需要,但以前探索的方法是复杂的,需要环境有害的溶剂和大量的能源来大规模生产所需的催化剂。成本和对环境的危害使得这些方法无法作为长期的解决方案。该新的生物矿化方法有望克服这些挑战,让人们可以可持续地、低成本地捕获太阳能作为燃料。

(牛艺博)

西南极洲冰盖融化速度快于先前观测

近日,美国《国家科学院院刊》发表文章,通过对比历史和现代雷达探测数据观察南极冰盖过去40多年的变化,指出西南极洲思韦茨冰川的融化速度快于先前观测结果。

机载雷达探测可以测量极地冰盖内部和下方的状况。在南极洲,大多数数字雷达探测只有过去20年的数据,这限制了人们理解冰盖长期变化的控制过程的能力。来自美国斯坦福大学、英国剑桥大学、伦敦帝国学院和爱丁堡大学等机构的研究人员将过去40多年在南极洲收集的模拟雷达数据与现代记录相结合,以量化南极冰盖的多年代际变化。

研究人员将1971—1979年最初记录在35毫米光学胶片上航线里程超过40万千米的雷达数据进行数字化。通过数字化过程中提高分辨率,以识别和调查冰盖下方及内部的水文、地质和地形特征。对数字化数据与现代雷达测量数据的对比结果表明,1978—2009年,西南极洲思韦茨冰川东部的冰架变薄了10%~33%。这一融化速度比之前的估计更快,这表明该冰架可能比预期更早地崩塌。

研究人员还发现了冰盖下面的一些特征,这些特征以前只能在现代数据中观测到,包括冰层内部过去火山爆发后产生的灰层和冰盖下面流水侵蚀冰架底部的通道。(刘燕飞)

相关论文信息:

https://doi.org/10.1073/pnas.1821646116

新方法将二氧化碳转化为液体燃料

近日,《自然—能源》发表文章显示,科研人员发明的电解槽装置能够以高效、环保的方式连续将二氧化碳电催化还原为纯净的液体燃料溶液。

气候变化引起的自然灾害越发频繁,降低温室气体排放量、减缓气候变化是全球科学家共同努力的方向。电催化还原二氧化碳是降低大气二氧化碳浓度、减缓气候变化的一种方法。电催化还原二氧化碳通常在电解质溶液(如KHCO3溶液)中进行,该反应的液体产物往往与可溶性盐混合在一起,后期产物的分离与纯化昂贵且耗能。

来自美国莱斯大学、美国哈佛大学、沙特阿拉伯阿卜杜拉国王科技大学等机构的研究人员发明了一款可再生电力驱动的电解槽装置,该装置特殊设计的反应容器结构可以防止水接触催化剂,能够对催化剂起到保护作用。

该电解槽装置以固体为电解质,使用稳定性更高的重金属铋催化剂,可以保证二氧化碳和催化剂接触之后,被还原为带负电荷的甲酸根离子,然后甲酸根离子通过气体扩散层,在阴离子交换膜上发生析氧反应,最后在阳离子交换膜上与阳离子结合形成甲酸溶液或其他液体燃料溶液(如乙酸、乙醇、正丙醇等)。

该电解槽能够以高效、环保的方式连续将二氧化碳电催化还原为纯净的液体燃料溶液,有助于促进二氧化碳技术的商业化。(董利苹)

相关论文信息:

https://doi.org/10.1038/s41560-019-0451-x

《中国科学报》 (2019-10-10 第2版 国际)
 
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