低碳行动，拯救北极熊于一声“碳”息

Lightway

- 点亮未来 -

2020年7月20日，国际权威杂志《Nature Climate Change》上发表了一篇关于北极熊的研究报告《Fasting season length sets temporal limits for global polar bear persistence》，并迅速登上各大热搜头条。报告指出，全球气候变暖导致北极海冰消融，使得北极熊的生存环境遭到极大破坏，北极熊被迫前往海岸地区。而在那里，北极熊很难找到食物和哺育幼崽，这将使北极熊的数量大幅下降。在部分地区，北极熊已经陷入数量螺旋式下降的恶性循环。

全球气候变暖最主要的原因是温室效应的不断累积，大气中的二氧化碳等温室气体就像一层厚厚的玻璃，把地球变成了一个大暖房。除非人类采取更多措施应对气候变化，否则这一物种或将在2100年左右几乎消失。

光催化CO₂还原

如何实现CO₂的捕捉、储存和利用，以及如何降低地球大气中的碳含量，成为了全球科学家研究的焦点。光催化方法还原CO₂，可以在比较温和的光照反应条件一步直接获得一氧化碳/碳氢化合物等化学品及燃料，具有极大的应用前景。

光反应量子产率（PQY）为光催化过程的评价及催化剂的研究提供了重要的参考指标，PQY越高，说明光反应对光子的利用率越高，催化剂的性能也越好。

Ru-Re超分子复合物光催化剂体系CO₂还原反应

钌-铼（Ru-Re）超分子复合物是近年来研究比较热门的光催化剂，可催化太阳光照下CO₂还原为CO的光化学反应。

图1. Ru-Re超分子复合物催化下光反应示意图

光反应量子产率测试

CO₂还原过程的光反应量子产率使用岛津公司最新发布的Lightway PQY-01光反应评价系统进行测试。实验中照射光波长为470nm，强度为17 × 10-9爱因斯坦/秒。PQY-01测试得到吸收光谱及吸收的光子数。CO₂还原反应生成的CO使用气相色谱仪进行定量。图2显示了CO生成量和吸收光子数相关的直线。直线的斜率即为反应的量子产率，计算得到CO生成的量子产率为40%。

图2. 一氧化碳生成量 vs 吸收光子数

中间体追踪

光反应中间体的追踪对于研究反应机理，开发高效的催化剂体系十分有用。PQY-01可以直接检测到在Ru-Re超分子复合物催化下二氧化碳还原反应的中间产物（图1）。从图3和图4可见，随着反应的进行，在550nm附近出现了一个新的吸收峰，此峰为光反应中间产物的吸收光谱。经过与文献报道的数据进行对比，确认中间产物为单电子还原产物，为Ru-Re超分子复合物的光电子转移反应所生成。

图3. Ru-Re超分子复合物光催化反应的光谱测量结果

图4 Ru-Re超分子复合物光催化剂反应的微分光谱结果

如果这类Ru-Re催化剂能够投入实际应用，那么就如同植物能通过光合作用把二氧化碳合成为淀粉和蔗糖等碳水化合物一样，人类就可以通过效法自然的人工光合成，缓解温室效应，应对未来能源危机。