包括多伦多大学研究人员在内的一个国际团队设计并实施了一种新的光反应器模型，这是一种将水、二氧化碳、甲烷和氮气转化为更环保的化学品和燃料的太阳能技术。

创新的设计使光反应器能够在不同的太阳方向下高效捕获光子，从而无需进行太阳跟踪。这些面板还可以通过聚合物挤出来制造，使其价格低廉且易于大规模制造——所有这些都有助于使可持续的未来变得更加经济实惠和实用。

多伦多大学文理学院化学系教授GeoffreyOzin及其团队与德国卡尔斯鲁厄理工学院(KIT)的研究人员合作开展该项目。

“太阳能电池以高效、经济地将阳光转化为绿色电力而闻名，避免使用排放温室气体的化石燃料，”奥津说。

与热反应器不同，光反应器将阳光中的光子与反应物结合起来，生成绿色化学品和燃料。通过利用阳光和水，光反应器可以有效减少碳排放。

尽管具有潜力，许多光反应器仍受到一些挑战的困扰，包括建筑材料的高成本。它们在将光子转化为产品方面也效率低下。为了产生这些光化学转化，光反应器依赖于光催化剂，这是一种吸收光并将反应物转化为产物的材料。

然而，由于光催化剂和光反应器材料对光的反射、散射、透射和吸收而导致的非生产过程会导致能量损失。光反应器将受益于太阳跟踪，这是一种调整光反应器相对于太阳位置的角度以实现最佳光收集的装置。

为了在技术和经济上可行，光反应器的光子到产物的转换效率必须至少为10%。尽管在过去十年中将光催化剂集成到光反应器中以制造绿色化学品和燃料的科学取得了重大进展，但效率仍然很低——通常为百分之一或更低。

Ozin的团队和KIT的团队(其中包括博士后研究员PaulKant博士)学生梁胜志、研究科学家迈克尔·鲁宾和罗兰·迪特迈尔教授开发了一种面板式光反应器，其中包含数百个平行的微型反应通道。他们在《焦耳》杂志上发表了一篇关于他们提出的模型的有希望的结果的论文。

其设计的一个关键特点是每个反应通道都连接到一个V形光捕获单元，该单元将光引导到光催化剂所在的通道中。所有表面都具有高反射性，以优化光子从外部光源到微通道中光催化剂的传输，同时将光损失降至最低。

创新的设计使光反应器能够在不同的太阳方向下高效捕获光子，从而无需进行太阳跟踪。这些面板还可以通过聚合物挤出来制造，使其价格低廉且易于大规模制造。

未来的设计调整可以通过使用集成到光反应器中的发光二极管作为光子源来解决间歇性阳光的问题，该二极管由光伏发电的可再生电力供电，并由锂离子电池存储支持，以提供24-7的运行。

新的光反应器模型可以超越现有的最先进的光反应器，可用于房屋和太阳能发电场的屋顶，并与光伏发电集成以生产可再生电力以及绿色化学品和燃料。

奥津说：“这项技术激发了新一代太阳能设备的开发，这些设备可以利用阳光和水制造氢气等绿色燃料。”

这一进步是在应对气候变化的需要比以往任何时候都更加紧迫之际出现的，今年夏天世界各地的气温都创下了破纪录的纪录。

“这些太阳能产品将取代基于化石的同类产品，并将有助于减少我们的碳足迹，”卡尔斯鲁厄理工学院研究员康德说。

“这直接增加了我们实现人类可持续生活梦想的机会。希望我们能够及时实现——不会出现剧烈的气温超调和相关灾难。”