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科学家Shaama Sharada等希望用光促还原反应，将二氧化碳转化为有价值的产品。
自工业时代以来，地球大气中的二氧化碳含量上升了约45%，这导致全球平均气温升高了近2摄氏度。如何缓解温室效应，成为人类需要解决的最紧迫问题之一。
美国“物理学组织”网站当地时间9月1日消息称，美国南加州大学科学家Sharada等近期在《物理化学杂志A辑》中表示，他们希望通过分解二氧化碳，将这种温室气体转化为有用的材料，比如燃料、药品等。
通常，这种转化过程需要消耗大量能量。然而，在完成首次运算研究后，Sharada团队找到了一个高可持续性“盟友”：太阳。
具体说来，他们证明了紫外线对于激发有机分子低聚苯是非常有效的。一旦暴露在紫外线下，低聚苯就会变成带负电荷的“阴离子”，很容易将电子转移到邻近的二氧化碳分子上，从而赋予二氧化碳反应活性，进一步转化为有价值的产品。
Sharada介绍道：“众所周知，让二氧化碳发生还原反应的难度很大——它甚至能在大气中存在几十年之久。然而，这种带负电荷的阴离子能够还原诸如二氧化碳这样的稳定物质。”
传统意义上的二氧化碳转化过程要么消耗热能，要么消耗电能，并需要催化剂来加速反应。许多转化反应是能源密集型的工艺，不利于减轻环境负担。而利用阳光激发催化剂分子极具吸引力，因为它是高效能和可持续的。
Sharada解释：“大部分方法都需要使用昂贵、稀少、有潜在毒性的稀土金属。另一种替代方案是使用碳基有机催化剂促进光转化过程。”然而，后者也有自身的缺点，这正是Sharada等努力攻克的难点。
他们使用量子化学模拟实验，分析了电子在催化剂和二氧化碳之间的移动方式，以确定最优的催化剂种类。
Sharada等首次探究了电子从低聚苯这样的有机分子转移到二氧化碳的潜在机制。他们发现，通过对低聚苯催化剂进行系统性修饰，加入若干组原子，能够将电子推向催化剂分子的中心，从而加速反应。
尽管面临诸多挑战，Sharada还是为团队取得的进展感到兴奋。她表示：“其中一个挑战就是，你需要驾驭辐射，而在可见光区域中的辐射非常少。通常，你需要一个紫外线灯来实现它。”
Sharada表示，该团队目前正在探索催化剂的设计策略，让它不仅能加快反应速率，而且还能借助量子化学和遗传算法，让分子能在可见光下被激发。
科界原创
编译：朱明逸
审稿：西莫
责编：雷鑫宇
期刊来源： 《物理化学杂志A辑》
期刊编号： 1089-5639
原文链接：
https://www.sciencedaily.com/releases/2020/09/200901175409.htm
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