元素百科为您介绍人工光合成太阳燃料研究取得新进展。近日，中科院大连化物所催化基础国家重点实验室太阳能研究部李灿院士与福州大学化学学院王绪绪教授课题组合作发展了一种固态Z-机制复合光催化剂，在可见光下将H2O和CO2高效转化为甲烷（天然气），实现了太阳能人工光合成燃料过程，文章在《美国化学会志》（J.Am.Chem.Soc.）上发表。 人工光合成太阳燃料指利用太阳能等可再生能源通过光催化、光电催化或电催化将水和二氧化碳转化为化学燃料的过程，该过程模拟自然光合作用，是人类从根本上解决能源和环境问题的途径之一，也是科学界圣杯式的难题，面临巨大的挑战。 人工光合成太阳燃料过程有若干反应，其中，太阳能+CO2+2H2O→CH4+2O2为涉及8个电子的多步反应，是最具挑战性的一个反应。 将水计量地氧化为氧气（或过氧化氢）并同时将二氧化碳高效还原为甲烷的光催化过程才是实现真正意义上的太阳能到化学能的转化。 针对这一难题，研究人员用纳米晶（3D-SiC）和二维纳米片（2D-MoS2）通过静电组装技术构筑出了一种万寿菊型纳米花，其具有二型异质结和Z-scheme半导体构型。这种3D-SiC@2D-MoS2催化剂在可见光照射下表现出高达323μLg-1h-1的甲烷产率和620μLg-1h-1氧气释放量，在400nm光照下，甲烷的光转化产率达到1.75%。这是目前报道的可见光下CO2用纯水全还原反应的最高产率。详细的产物分布分析和同位素示踪等实验和机理研究表明，伴随着H2O的氧化，CO2在光催化剂上依照CO2→HCOOH→HCHO→CH3OH→CH4的加氢途径逐步被还原为甲烷。值得指出的是，这个研究过程中可检测到化学计量比例的氧气和甲烷（氧气/甲烷摩尔比接近2），同位素实验也确认了化学计量氧的生成。 团队研究成果，对于学术界理解和进行人工光合成具有重要借鉴意义，也为人工光合成太阳燃料提供了一条新的途径。

元素百科为您介绍用于二氧化碳转化的高效电化学电池。从排放源捕获二氧化碳是缓解气候变化的一种有吸引力的选择，但要收获一种没有商业价值的产品，这是一个昂贵的过程。然而，科学家们可以通过电解(一种利用电流分解化合物的技术)为捕获的二氧化碳增加价值，将其转化为更理想的产品，如用于聚合物生产的乙烯或用作化学合成试剂的醋酸盐。 像乙烯、醋酸盐和乙醇这样的C2类产品本质上比甲烷等C1类产品更有价值，因为它们是多功能的化学原料。 虽然将二氧化碳转化为CO在商业上已经成为可能，但开发能够在工业规模上从CO生产出有需求的C2化学品的技术仍然是一个挑战。电解必须以高速率、低总能量需求的方式将CO转化为产品，以使其具有可行性。以前的电化学电池需要大量过量的CO才能达到高的电解率，这导致稀产品必须浓缩和净化——这一过程需要更多的能量。 研究团队发明了一种电化学电池，通过改进的设计可以产生浓缩的乙烯气体和醋酸钠溶液，其浓度是之前电池的1000倍。该电池采用气体扩散电极(GDE)结合精心设计的流场，大大提高了CO向电极表面的传递和产品的去除。该团队还通过直接将GDE与膜连接，消除了对细胞内电解质溶液的需求。结果，乙烯和浓缩的醋酸盐溶液都在电极上产生，并以一股蒸气流从电池中喷出。 在这项工作之前，高电解率、高CO转换和集中产品流的组合还没有实现。 该小组目前正在扩大他们的原型，以确定是否需要修改设计才能在工业规模上取得成功，希望他们最终能够将他们的CO电解槽与现有的将CO2转化为CO的技术结合起来。该装置还可用于空间探索，特别是在无法从地球再补给的深空飞行任务中。该团队正致力于将电化学合成与微生物合成结合起来，将宇航员呼出的二氧化碳转化为食物和营养物质。

元素百科为您介绍聚集诱导发光材料与纳米晶复合体系动力学新进展。近日，中科院大连化物所吴凯丰研究员团队将聚集诱导发光分子（AIEgen）嫁接到纳米晶表面，并研究了这一复合体系的激发态动力学，发现这一复合体系中AIEgen的非辐射分子内运动可以得到有效抑制，这一普适性现象可用于构建各类多功能发光材料。 传统的染料分子由于芳香环的π-π堆积通常表现出聚集诱导猝灭现象（ACQ），阻碍了这些染料分子在不良溶剂和固体发光器件中的广泛应用。AIEgen则刚好相反：在良溶剂中，各种分子内运动可耗散激发态能量，导致发光效率极低；在不良溶剂或者固态薄膜中，分子的团聚有效抑制了上述非辐射分子内运动，表现出强烈的发光行为。 研究团队提出，将AIEgen嫁接到胶态纳米晶表面，由于纳米晶配体层的空间位阻效应，非辐射分子内运动亦可得到有效抑制，AIEgen可表现出有效的发光。研究人员采用羧基修饰的四苯乙烯（TPE）作为模型AIEgen，发现TPE嫁接到ZnS纳米晶表现后荧光效率得到了近两个数量级的提升；超快动力学研究表明TPE的各种非辐射分子内扭转速率也被减慢近百倍，有效解释了上述发光增强现象。 研究现象提供了基于纳米晶/AIEgen构建多功能复合材料的广泛思路。例如，将TPE嫁接于Mn2+掺杂的ZnS纳米晶，使得TPE的蓝绿色发光与Mn2+的黄红色发光相结合，构建了一种接近完美白光发光体的发光材料。