瑞典林雪平大学的研究人员正在尝试利用太阳光的能量将二氧化碳这种温室气体转化为燃料。最近的研究结果表明，可以利用他们的技术从二氧化碳和水中选择性地产生甲烷、一氧化碳或甲酸。该研究已发表在《ACS Nano》上。
植物从太阳光中获得能量，将二氧化碳和水转化为氧气和高能量的糖类，作为生长的 "燃料"。林雪平大学的Jianwu Sun和他的同事们正试图模仿这种光合作用的反应，从空气中捕获二氧化碳并将其转化为化学燃料，如甲烷、乙醇和甲醇。该方法目前还处于研究阶段，科学家们的长期目标是利用太阳能有效地转化为燃料。
林雪平大学物理、化学和生物系高级讲师Jianwu Sun说："借助太阳能将二氧化碳转化为燃料，这项技术可以促进可再生能源的发展，减少化石燃料燃烧对气候的影响"。
石墨烯是现有最薄的材料之一，由单层碳原子组成。它具有弹性、柔韧性，对阳光透明，是良好的电导体。这种特性的结合保证了石墨烯在电子和生物医学等领域的应用潜力。但单独的石墨烯并不适合研究人员所追求的太阳能转换应用，因此他们将石墨烯与立方碳化硅（3C-SiC）结合起来。林雪平大学的科学家们此前已经开发出一种世界领先的方法，在由碳和硅组成的立方碳化硅上生长石墨烯。当碳化硅被加热时，硅会被汽化，而碳原子则会保留下来，并以石墨烯层的形式重新构建。研究人员此前已经证明，可以在可控的情况下，将最多四层石墨烯叠加在一起。
他们将石墨烯和立方碳化硅结合在一起，开发出了一种基于石墨烯的光电元件，保留了立方碳化硅捕捉阳光能量和产生电荷载体的能力。石墨烯在保护碳化硅的同时，起到了导电透明层的作用。
基于石墨烯的技术性能受几个因素控制，其中一个重要的因素是石墨烯和半导体之间的界面质量。科学家们详细研究了这个界面的特性。他们在文章中表明，他们可以在碳化硅上定制石墨烯的层数，并控制基于石墨烯的光电极的特性。这样一来，二氧化碳的转化效率更高，同时元件的稳定性也得到了提高。
研究人员开发的光电极可以与铜、锌或铋等各种金属的阴极相结合。通过选择合适的金属阴极，可以从二氧化碳和水中选择性地形成不同的化学物质，如甲烷、一氧化碳和甲酸。
"最重要的是，我们已经证明，我们可以利用太阳能来控制二氧化碳向甲烷、一氧化碳或甲酸的转化。"Jianwu Sun说。
论文标题为《Atomic-Scale Tuning of Graphene/Cubic SiC Schottky Junction for Stable Low-Bias Photoelectrochemical Solar-to-Fuel Conversion》。
