人工光合作用大突破：二氧化碳高效率轉成乙烯

美國密西根大學的人工光合作用有重大突破，開發出新系統，以前所未有效率和穩定性將二氧化碳轉成乙烯，為塑膠可持續生產及生產液體燃料的新方向。

團隊由電機與計算機工程教授Zetian Mi領導，Mi教授：「新系統性能或活性穩定性約典型太陽能或光驅動二氧化碳還原成乙烯的五至六倍。」

新系統核心由長在矽基底上的氮化鎵奈米線「森林」組成，每根奈米線寬度僅50奈米，點綴著約30個原子組成的銅簇。當浸入富含二氧化碳的水並暴露約正午陽光光照時，新系統會啟動複雜的化學反應。

光能釋放電子，於奈米線表面附近分解水分子，產生氫氣。銅簇促進二氧化碳的碳與氫結合，最終形成乙烯，且61%自由電子都有參與產生乙烯的反應。

新系統不僅效率高，且壽命長，連續運行116小時性能都未下降，類似裝置甚至可運行長達3千小時。耐久性部分歸功於氮化鎵和水分解的協同關係：反應產生的氧氣改善催化劑並能自我修復。

此突破對可持續製造和能源生產有重大影響。乙烯通常需高溫高壓環境以石油和天然氣生產，現在可用捕獲二氧化碳製造，減少工業碳排放。

第一作者Bingxing Zhang期望將來生產其他多碳化合物，如三碳的丙醇或液體產品。團隊最終目標是創造液體燃料，可使現有技術更可持續，改革交通運輸業。

雖然結果令人興奮，但仍有問題待解決。團隊將繼續探索設備的壽命極限，關鍵是擴大到工業規模並確保經濟可行性。

此研究取得美國陸軍研究辦公室支持，設備為Lurie奈米製造設施建造，並在密西根材料特徵中心研究。團隊已申請專利，技術授權Mi共同創立的密西根大學新創公司NX Fuels。

將來繼續研究應付氣候變化並找尋石化燃料的替代品，為這種人工光合作用等系統提供新希望。將溫室氣體轉成有價值的產品，不僅可能減少碳排放，還能創造廢物都能再利用的循環經濟。

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（首圖來源：密西根大學）