人工光合系统

教授Nathan Lewis AZoM谈论关于他的研究nanoscience-based系统和人工光合系统的发展。亚博老虎机网登录

请您能给介绍你的研究和你在Pittcon 2016 ?

我致力于如何使nanoscience-based系统做什么植物:需亚博老虎机网登录要阳光,水和/或二氧化碳,直接使燃料,我们可以用在我们的基础设施。

Pittcon表示我讨论的最新结果如何我们尝试实现这个愿景变成可以制造的原理,可以缩放和从这个来源产生大量的能量。

从光合作用从AZoNetwork Vimeo制造燃料。

如何以及为什么你开发一个人工光合系统吗?

我们开发一种人工光合系统的间歇性可再生的太阳能和风能是一个主要的技术障碍在大规模实现它们。

太阳每天晚上出去在本地,有天,天在没有风的时候。建立一个完整的能源系统,你必须以某种方式存储能量。储存能量的载体,除了一个原子的原子核,在化学键。

最好的电池的能量密度在每公斤200瓦特时,但汽油每公斤12000瓦特时的能量密度。所以很明显,最好的办法把一个间歇性资源像太阳能和存储它,这样就可以将提供在化学燃料需求存储它,就像大自然一样让所有化石能源的光合作用数千年来对许多人来说,许多成千上万年。

我们想做得更有效率,在足够短的时间尺度,这样它就可以被持续而不是只使用一次,当我们做与化石燃料。

潜在的应用是什么?

人工光合作用的潜在应用程序将创建一个所谓的dropin燃料,燃料是完全透明的,其来源一个消费者,你不会知道汽油、柴油、化肥、塑料或来自可再生来源,太阳,或从化石能源。

他们会生产同样的产品,只是在一个碳中和,可伸缩的、可持续的方式,这对我们未来能源和环境是安全的在同一时间。

请概述你模块化、并行开发方法?

我们的方法包含两个照片系统的使用,就像光合作用。太阳能电池有一个摄影系统和一个光吸收器,而是使燃料,你需要两个摄影系统获得足够的电压,像两个串联的电池提供足够的电压,功率激光指针。

我们有两个这样的光吸收器:一个吸收蓝色和红色,第二个吸收亏损。自然光合作用相比,这是一个优势,因为叶绿素在照片系统一和照片系统两个是相同的颜色,所以他们争取光子。

而不是一个蓝色和红色的吸收会相互补充,和一起工作来产生更高的效率,从太阳光谱吸收更多的光子。

除了这两个吸收纳米结构,我们需要两个催化剂:一个催化剂发展从水中氧气,另一个,以减少水和/或二氧化碳的燃料。

所以系统:两个吸收器,两个催化剂和膜系统一起,还有单独的产品。否则,如果你让一个爆炸性的氢气和氧气的混合物在一个活跃的催化剂复合,这是不安全的。我们必须有一个膜,以确保安全,以及分离效率的产品。

蓝图:两个吸收器,两个催化剂,膜。然后我们必须把所有的碎片在一起,确保他们的工作在相同的条件下,他们效率,和它们功能与太阳光谱的所有的部分,我们可以收获,为了得到我们所需要的能量和打破化学键。

你的设计原则是什么?

从灵感绘制出我们的设计原则是自然光合作用,但是他们采用同样的方式,尽管饰有羽毛的鸟飞,飞机没有建立起来的羽毛飞得更快,更远。

我们有两个照片系统的想法,就像在自然光合作用,但我们不使用叶绿素,因为我们使用更稳定的无机材料和光子相互不打架。亚博网站下载此外,我们想要一个很长的轴吸收光线,但像白杨树一样,有一个很短的轴移动运营商。

这样我们可以使用更便宜的材料,由于激发态不必所有的备份相同的方式下亚博网站下载来——他们可以横着走一段短距离的路。

nano和微观棒架桥的膜让我们使用很便宜的材料,并将催化剂无论我们想要在这种内部结构,为了得到最佳吸收和电化学运输匹配整个系统协同整合,不仅仅亚博网站下载和整个函数由各个部分或它们的和。

将光电阳极和光电阴极的,为什么?

光电阳极和光电阴极是两种不同的材料,我们仍然需要努力让他们函数相互兼容的条件下,膜和催化剂的工作。亚博网站下载

我们可以在一个碱性媒体或在酸性介质,并得到一个安全的系统,我们可以中和pH梯度,由质子与电子或氢氧化物与电子。他们是仅有的两个选择。为了做到这一点,我们需要稳定的阳极和阴极在同样条件下膜允许我们工作。

硅,我们已经证明我们可以减少水的氢和催化硅光电阴极,但在媒体碱性硅不稳定:蚀刻。我们可以工作的酸,但我们还没有一个稳定的光电阳极酸。另一方面,我们确实有一个保护光电阳极,在碱性介质是稳定的,我们可以保护硅在碱性介质。

我们的每个但目前他们不一起工作,这是我们的下一步发展计划,为了证明我们可以构建一个整体系统,而不是单独的部分,他们可以一起工作。

你牺牲能量转换效率的同时最小化成本吗?

系统这样的美丽在于它的设计开始,自下而上,是可以缩放,制造、低成本。现在我们可以制造燃料从光伏安装,并连接一个电解单元通过一个电源,这两者都是商业化的,组成一个非常昂贵的燃料生产系统。

相对的,想想一个你可以展开的多层织物,可芯空气中的水蒸气和吸收阳光,和芯你的产品在一个非常简单的,无缝的方式,就像安装电解槽的阿斯特罗草皮,而不是安装太阳能电池板。

这是我们开始的形式因素,有一个桥接的塑料薄膜多层织物,这些纳米纤维、超细纤维可以灯芯从空气中水蒸气和灯芯我们产品下面。这就是我们解决成本,用可伸缩的制造方法,否则将使材料效率低下,除了在此体系结构中。亚博网站下载我们可以结合可伸缩性、低成本和效率通过整合成这种形式因素。

目前技术以任何方式限制了你的研究?

限制我们的研究现在仍在我们所说的“材料设计”。亚博网站下载我们知道我们想要的功能:我们希望一个阳极;我们想要一个阴极;我们不希望催化剂是稀缺的,可伸缩的,便宜的;我们希望膜不会在大面积高性能或者非常昂贵。

我们知道我们想要的功能,但我们没有材料可以提供这些功能,不仅单独在一起成一个无缝的系统功能。亚博网站下载

我们受限于我们的创造力和发明和发现这些材料的能力,我们想设计,所以我们使用理论,我们使用定向实验中,我们使用高通量实验。亚博网站下载我们使用所有的工具材料化学家为了尝试和发展兼容的系统,将满足我们的性能规格。亚博网站下载

影像学分:格雷格勇敢/ shutterstock.com

你认为这个领域的未来吗?

这个领域的未来显然表明,我们可以继续类比:“莱特兄弟,让这架飞机飞”。

我们想做一个人工光合系统在一个可伸缩的、可持续的方式,效率10倍增长最快的作物,并使燃料,我们可以直接从太阳在我们的基础设施使用。如果我们这么做,那么历史表明,人类是非常善于创新和发展下一代技术。

使其更快、更好、更便宜、更换催化剂和优化设计,并将莱特兄弟在787年代进化的系统也需要发明,但它是第一个飞跃,是我们的目标,试图证明这是可能的,不仅仅是一个演示方案。

然后我们可以形成思考的基础材料和新性能的新一代属性,提高系统可能是大规模商业化。亚博网站下载

会谈在Pittcon你发现特别有趣和相关研究?

会话我在,纳米材料,当然,很有趣,和相关研究,特别是和一般亚博网站下载。我听说原位表征的新方法,electrocatalysts operando表征和电化学界面,可以广泛适用。

我们听说过膜和氧化还原流体电池的新设计,可以专门适用于帮助我们充放电fuel-forming反应的新方法。我们听说过很多其他横切方面。

我们把催化剂在正确的地方非常感兴趣在我们的三维网络。我们应该有一些结构对准提示进化泡沫,或催化剂应进一步到结构,这样我们可以看看电化学运输泡沫的折射光棒,我们设计?

这些概念、三维性质的电化学、离子运输、大众运输,和一些新工具所提供的供应商在展览会上,非常相关的帮助我们思考在我们的研究是一条前进的道路。

的主要好处是什么你相信人获得参加Pittcon ?Pittcon对你意味着什么?

Pittcon为像我这样的人是独一无二的,因为专业知识的结合在电化学和化学分析,以及通过展览和看到最新的工具,您可以使用它们来推进你的研究在某种程度上是很难找到的组合更专业协会会议上,或将有更多的科学而不是展览之间的混合,以及科学。亚博老虎机网登录这就是Pittcon真正脱颖而出。

Vimeo从AZoNetwork Pittcon能为你做什么。

关于教授Nathan Lewis

内森博士美国路易斯是乔治·l·Argyros加州理工学院的化学教授。

刘易斯教授是首席研究员贝克曼研究所的分子材料资源中心。亚博网站下载他的研究兴趣包括人工光合作用和电子鼻。内特继续研究如何利用阳光和生成化学燃料分解水产生氢气。

他正在开发电子鼻子,由化学敏感导电聚合物薄膜能够检测和量化一个广泛的各种各样的分析物。技术细节关注光致电子转移反应,在表面和过渡金属配合物,表面化学,光化学半导体/液体界面,小说用导电有机聚合物和聚合物/导体复合材料和开发的传感器阵列,使用模式识别算法来识别气味,模仿哺乳动物嗅觉过程。