2014年01月13日09:06
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松下開發(fā)出了利用太陽光、水及二氧化碳（CO2）合成甲烷（CH4）的人工光合系統(tǒng)（圖1）。
松下開發(fā)的可合成甲烷的人工光合系統(tǒng)
松下和豐田中央研究所此前均利用人工光合系統(tǒng)成功合成過蟻酸（HCOOH）注1）。但蟻酸僅限于防腐劑等用途。
如果可以合成甲烷，用途會(huì)一舉擴(kuò)展。這是因?yàn)�，除了作為燃�(xì)馊剂现苯邮褂弥�，還可通過重整制成氫，用于燃料電池。針對(duì)一直受限于化石燃料及生物質(zhì)的甲烷供應(yīng)源，松下開辟出了一條可利用無窮無盡的原料進(jìn)行工業(yè)合成的道路。
該人工光合系統(tǒng)沒有采用完全模仿植物光合作用的方法，只是利用了無機(jī)材料。不過，采用了水氧化“明反應(yīng)”和還原二氧化碳“暗反應(yīng)”這兩個(gè)過程，這點(diǎn)與植物的光合作用相同。
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圖1：利用與燃料電池相反的過程合成甲烷 公開了松下可合成甲烷的人工光合系統(tǒng)的概要。與植物的光合作用一樣，松下將其劃分成利用光分解水的過程和利用二氧化碳合成有機(jī)物的過程。整個(gè)過程與燃料電池的原理完全相反，燃料電池是從甲烷中提取氫，在與氧進(jìn)行合成時(shí)生成電力。 |
松下在開發(fā)出成功合成蟻酸的光合系統(tǒng)以后，開始在明反應(yīng)中采用氮化鎵（GaN）類光學(xué)催化劑。據(jù)介紹，氮化鎵適合將電子的能量提高到二氧化碳的還原等級(jí)�！耙郧安捎醚趸仯═iO2）等，但用于還原二氧化碳還不夠有力”（松下R＆D本部尖端技術(shù)研究所環(huán)保材料研究小組主管研究員四橋聰史）。
另一方面，暗反應(yīng)所用金屬催化劑，此次采用了銅（Cu）類材料。與合成蟻酸時(shí)的光合系統(tǒng)的最大不同之處也就在于這種金屬催化劑。合成蟻酸時(shí)采用的是磷化銦（InP）類材料�！巴ㄟ^更改暗反應(yīng)的金屬催化劑，不僅能夠合成蟻酸、甲烷和生成氫，還能夠合成酒精”（松下的四橋）。
目前存在的課題是甲烷的合成效率仍然很低。截至目前，以蟻酸的燃料能量相對(duì)于投入光能的比率來定義的合成效率為2％，而甲烷卻只有0.04％。松下表示，“要想實(shí)用，合成效率需要提高到1％以上。我們力爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)”。（作者：野澤 哲生，日經(jīng)技術(shù)在線！供稿）
