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我们许多人都知道，有一种分而合、合而分的分分合合、断断续续的人际关系，一会儿分、一会儿合。为什么会这样？因为存在某种“活化”因素，从而周而复始。

现在，科学家巧妙地利用类似的这种周而复始的“活化”关系，来再生利用太阳能燃料。劳伦斯伯克利国家实验室（BerkeleyLab）和加州理工学院的科学家表示，利用铜与氧分而合、合而分的分分合合的断续的过程，能够转化为可再生燃料。

如上图所示的一块铜矿。研究指出，曾经与氧气结合的铜比从未与氧气结合的铜，更能将二氧化碳转化为可再生燃料。他们这一最新研究结果论文发表在最近的《美国化学学会会刊》上。

论文作者中包括伯克利实验室博士后研究员、论文第一作者、韩裔学者、SooHongLee，和来自中科院大连化学物理研究所的博士后研究员GuijiLiu，及加州理工学院的中国学者研究员ChengxiangXiang。

科学家对研究中的太阳能燃料发生器原型进行了X射线光谱分析，证明由氧化铜制成的催化剂在生产乙烯方面优于纯金属的催化剂。乙烯是由两个碳原子和四个氢原子组成的化合物，具有广泛的工业应用范围。

研究人员指出：“许多研究已经证明，氧化物衍生的铜催化剂可以更好地从二氧化碳中生产燃料产品。”我们人工光合作用联合中心的任务是开发高效的太阳能技术，将大气中的二氧化碳转化为石油替代燃料。这一发现是朝着这个目标迈出的重要一步。

人工光合作用联合中心（JointCenterforArtificialPhotosynthesis，缩写：JCAP），是美国能源部的一个能源创新中心，成立于年，其主要任务是找到只使用太阳光、水和二氧化碳，以生产具有成本效益途径的人工光合作用燃料。

人工光合（artificialphotosynthesis），指模仿生物自然光合作用的一类化学过程，将阳光、水及二氧化碳转化为碳水化合物与氧气。

研究人员解释说，在产生燃料的运行条件下，首先要将CO2转化为一氧化碳，然后建立烃链，与铜结合的氧气自然会耗尽催化剂。但是，一些研究认为，金属结构中残留有少量的氧气，这是效率提高的来源。

如上图所示扫描电子显微镜图像显示了铜催化剂在不同阶段的结构。（a）在进行任何反应之前的催化剂。表面上的立方结构是氧化物的结果。（b）进行一氧化碳还原化学反应后催化剂的外观，所有的氧气都消失了。（c）有意将氧加回到金属中以恢复催化剂性能的方法后的催化剂。在光滑的铜金属表面顶部的小纳米颗粒中形成了氧化铜。

研究团队将气相色谱（gaschromatography，缩写：GC）系统引入X射线束线，以便他们可以实时检测乙烯的产生。“通过X射线设施，我们证明了催化剂中的氧（氧化物）量与产生的乙烯量之间没有相关性。因此，研究人员认为源自氧化物的催化剂是好的，而不是因为它们在燃烧过程中会残留氧气它们会还原一氧化碳，而是因为除去氧气的过程会形成金属铜结构，因此更易于形成乙烯。”

研究小组进一步表明，尽管氧化物催化剂的效率会随着时间的推移而下降，但可以在简单的维护过程中通过重新添加和去除氧气定期对其进行“活化”而保持氧化物催化剂的效率。

参考：SooHongLeeetal,CorrelatingOxidationStateandSurfaceAreatoActivityfromOperandoStudiesofCopperCOElectroreductionCatalystsinaGas-FedDevice,ACSCatalysis().DOI:10./acscatal.0c量子认知

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