일리노이 대학의 화학자들은 인공 광합성을 통해 물, 이산화탄소, 가시광선으로부터 연료를 만드는 데 성공했습니다. 이산화탄소를 프로판과 같은 보다 복잡한 분자로 전환함으로써 녹색 에너지 기술은 과잉 이산화탄소를 활용하고 햇빛이 낮고 에너지 수요가 가장 높은 기간에 사용할 수 있도록 태양 에너지를 화학 결합 형태로 저장하는 데 성공적으로 발전했습니다.
식물은 햇빛을 사용하여 물과 이산화탄소의 반응을 유도하여 태양 에너지를 저장하기 위한 고에너지 포도당을 생성합니다. 새로운 연구에서 연구진은 식물이 자연 광합성에서 사용하는 가시 녹색광을 사용하여 이산화탄소와 물을 연료로 전환하는 촉매로 전자가 풍부한 금 나노입자를 사용하는 인공 반응을 개발했습니다. 이 새로운 발견은 Nature Communications 저널에 게재되었습니다.
“우리의 목표는 과도한 이산화탄소와 태양 에너지와 같은 지속 가능한 에너지원으로부터 복잡하고 액화 가능한 탄화수소를 생산하는 것입니다.”라고 화학 교수이자 연구 공동 저자인 Prashant Jain이 말했습니다. "액체 연료는 기체 연료와 호환되기 때문에 이상적입니다. 액체 연료는 운송이 더 쉽고 안전하며 경제적이며 더 많은 결합을 가진 긴 사슬 분자로 만들어져 에너지 밀도가 더 높습니다."
Jain의 연구실에서 박사후 연구원이자 이번 연구의 제1저자인 유성주(Sungju Yu) 박사는 금속 촉매를 사용하여 녹색광을 흡수하고 이산화탄소와 물의 화학 반응에 필요한 전자와 양성자를 운반하여 자연 광합성에서 엽록소 역할을 했습니다.
금 나노입자는 표면이 이산화탄소 분자와 쉽게 반응하여 녹이 발생하기 쉬운 다른 금속처럼 분해되지 않고 효과적으로 빛 에너지를 흡수하기 때문에 촉매로서 특히 잘 작동한다고 Jain은 말했습니다.
탄화수소 연료의 화학 결합에 저장된 에너지를 방출하는 방법에는 여러 가지가 있습니다. 그러나 단순하고 전통적인 연소 방법은 결국 더 많은 이산화탄소를 생성하게 되며, 이는 애초에 태양 에너지를 포착하고 저장한다는 생각에 어긋난다고 Jain은 말했습니다.
“이런 방식으로 만들어진 탄화수소를 비전통적으로 응용하는 방법이 또 있습니다.”라고 그는 말했습니다. "연료전지에 전력을 공급하기 위해 전류와 전압을 생성할 수 있습니다. 전 세계적으로 이를 더욱 효율적으로 만드는 방법을 연구하는 많은 실험실이 있습니다." 탄화수소의 화학 에너지를 전기 에너지로 변환합니다.”