牛津，密西西比州——密西西比大学的一位化学教授正在探索可以开启未来阳光驱动能源基础设施的新型材料。
贾里德·德尔坎普 (Jared Delcamp)使用最近获得的国家科学基金会奖，正在研究如何应用新型金属催化剂或加速化学反应以实际获得燃料的材料，将温室气体二氧化碳转化为主要使用阳光的可用燃料.
化学和生物化学副教授 Delcamp 是该奖项的首席研究员，其中包括来自其他两所东南会议大学的研究人员。
“理想情况下，汽车和电力生产厂以及此类二氧化碳发生器的废气可以直接与催化剂和阳光一起使用以产生燃料，”德尔坎普说，他于 2013 年加入密歇根大学教师。“这就是大自然正在做的事情植物生命通过光合作用产生更多的植物。
“我们的目标是将这些催化剂用作人工光合作用系统的一部分，以制造燃料作为长期目标。”
据美国宇航局称，二氧化碳是“一种重要的吸热(温室)气体，它通过人类活动(如森林砍伐和燃烧化石燃料)以及呼吸和火山爆发等自然过程释放。”
研究人员希望他们的探索能够以碳中和的方式从温室气体中生产太阳能燃料。
“博士。Delcamp 组建了一支强大的团队，拥有强大的互补专业知识组合，”密歇根大学教授兼化学和生物化学主席 Greg Tschumper 说。“看到 NSF 投资于这项合作努力及其极其重要的研究，这非常令人兴奋，这些研究有可能通过消耗不需要的温室气体的过程将不可再生的化石燃料(如汽油)转变为可持续的太阳能燃料。”
寻找实用的捷径
尽管相对于世界上目前依赖化石燃料的基础设施而言，利用阳光来制造燃料作为按需提供的储存化学能是有吸引力的，但要做到这一点，需要在可行的情况下，由现成且价格合理的金属制成的快速、耐用和选择性的催化剂。
虽然二氧化碳可以在没有催化剂的情况下转化为燃料，但转化过程中的能量损失如此之大，以致于它是不切实际的。研究人员正在努力设计更高效、更稳健和选择性的实用催化剂。
“将催化剂加入人工光合作用系统大约需要四个步骤，它需要两种不同的催化剂，”德尔坎普说。“我们希望非常接近我们正在研究的催化剂的最后一步，这将是由阳光驱动的二氧化碳燃料系统所需难题的一半左右。
“催化剂改变了从二氧化碳到燃料的反应途径，以避免大量的能源损失，从而可以更快地制造燃料。这就像一条通往产品的高速公路，而不是一条更长的土路。”
与 Delcamp 合作并担任该奖项联合首席研究员的是阿拉巴马大学化学教授 Elizabeth Papish 和密西西比州立大学化学系教授兼副系主任 Charles Edwin Webster。
研究合作源于三人共同开展的前 NSF建立的促进竞争研究计划。在参与该赠款时，研究人员意识到，联合力量可以大大加快他们利用阳光将二氧化碳转化为燃料的共同兴趣的工作。
“Liz 和 Edwin 进行了非常互补的研究类型，它们可以很好地结合在一起以有效地推进项目，”Delcamp 说。“Liz 在合成催化剂方面做得非常出色。我的团队专注于使用阳光为它们供电并检测所制造的产品。Edwin 以计算方式工作，以帮助了解结果并预测新的令人兴奋的目标。
“在一起，我们可以在我们的专业范围内非常有效地移动，同时依靠彼此的专业知识来保持项目的前沿。
“通过我们在过去几年中发现和研究的系统，继续这条通往实用性的道路，这正是我作为一名科学家所希望的。从 NSF 获得他们也感兴趣的积极信号，这非常令人兴奋。”
与学生合作
这三位教授的项目还包括培训一个由 10 到 15 名本科生和研究生组成的多元化团队。
Delcamp 说，这些学生是未来发现和技术以及科学进步的关键，并且可以扩展参与该项目的教授的基础工作。当涉及到全力投入科学并探索现实生活问题的解决方案时，时间是一个问题，因为有很多可供调查的选择。
“有很多旅行路线看起来都很有吸引力，”Delcamp 说。“我们需要那些将在职业生涯中取得进步的学生，通过尝试其他一些令人兴奋的道路来加速发现过程。培训学生是我们可以利用时间做的最重要的事情之一。这是对他们的期货的巨大投资，因为有很多一对一的时间，但绝对值得投资。
“我们都让学生从我们相对年轻的团队中继续做令人惊奇的事情，并为一些令人惊奇的问题提供解决方案。看到这种情况发生，对整个社会都非常激励和有益。”
Delcamp、Papish 和 Webster 还将在研究实验室开展外展活动并接待高中生，参与该项目的本科生将在教学实验室环境中进行催化反应。
这将提供教育经验以及实验验证。
Delcamp 说，对于研究人员来说，接触他们的社区至关重要，这样潜在的学生才能了解这些类型的研究项目，并可以看到人们应对重大研究挑战的面孔。
“年轻学生经常将科学视为一种过于具有挑战性和抽象性的东西，它只适合某些人，”德尔坎普说。“当问题以一种可以理解的方式分解时，看到观念上的转变是令人惊讶的，学生们可以看到比他们大不了多少的其他人正在发挥作用。
“它使高中生能够意识到他们可以通过科学对社会产生影响，并且他们有可能以他们没有考虑过的方式引起这种变化。”
Delcamp 说，与大型社区的接触也很重要，因为公众对科学的看法非常重要。
“社区最终是决定继续资助的重要和不重要的人，”他说。“我认为让社区了解这样一个有明确目标的项目非常重要：通过设计二氧化碳燃料转化催化剂来确保我们的能源未来。
“这创造了一个‘碳循环’，我们仍然可以使用当前的燃料维护我们的基础设施，只有我们才能将产生的废物回收成燃料。用阳光推动这个过程会导致一个可以永久运行的系统，并且对石油可用性的担忧会减少。像这样的事情对社会来说是一个巨大的收获，最终是公众推动了让这样的项目继续前进的决定。”
