光的力量：生产太阳能燃料
谈到太阳能转换时，植物是专家。通过光合作用，植物可以使用从太阳吸收的光能，与二氧化碳和水相结合，以产生葡萄糖和氧气。尽管光合作用是一种复杂的，多步骤，但由于其高度适应的分子机械网络，植物能够以非常高的转换效率进行。
葡萄糖是一种在光合作用中产生的糖，是一种能量密度很高的燃料，植物使用它有两个主要目的。首先，葡萄糖为植物的生长提供了化学物质。其次，植物也利用葡萄糖作为呼吸的一部分，这是植物和人类共同的过程，包括将锁定在葡萄糖燃料中的能量转化为可用的形式。
液态太阳能燃料不仅在能量密度方面有优势，而且还可以用作化学原料。
试图模仿植物的令人难以置信的能力，以从阳光兑换和储存能量的启发了人工光合作用领域。人造光合作用试图通过将光合过程分为两个关键步骤来重新创建植物的光学利用，转换和储存能力。水分裂，其中关键目标是将水氧化成氢气和氧气，然后减少二氧化碳以允许太阳能燃料合成。Michael D. Heloy教授在新墨西哥州技术和他的研究团队是设计材料的专家，以促进二氧化碳转化为太阳能燃料的转换，使用光的灯光。
太阳能燃料
在实验室里用人工光合作用重新创造植物的能量转换效率是一项棘手的任务，同时也要克服太阳能的另一个问题:如何从太阳能来源提供持续、不间断的能源供应?这一过程的关键在于找到一种存储太阳能的方法，这通常是通过使用光诱导化学过程来制造太阳能燃料。
也许最著名的太阳能燃料的例子是氢，它是在自然光合作用的水分解阶段产生的。在利用光诱导过程形成氢之后，这就起到了燃料库的作用，因为氢之后可以燃烧或在需要时转换以释放储存的能量。然而，虽然氢现在被氢动力汽车直接用作燃料，但它并不是一种理想的太阳能燃料。在实际应用中，氢需要高度加压，并且由于其可燃性而难以安全储存。
这就是为什么Heagy教授对利用光化学过程来制造其他种类的太阳能燃料感兴趣，包括寻找有效生产甲酸的方法，甲酸是最简单的羧酸的带负电荷版本。生产甲酸和其他液体燃料不仅有其优越的能量密度，而且它们还可以用作化学原料。全球对化石燃料的部分依赖不仅是将其作为能源来源，还将其作为制造塑料和其他化学品的化学原料。使用甲醇和二甲醚作为化石燃料的替代品的想法，在能源和化学合成方面都得到了诺贝尔化学奖获得者George Olah的支持，他是鼓励发展这种“甲醇经济”的强烈倡导者。
制作材料
Heagy教授的研究重点是设计具有特殊结构的光催化剂和新型纳米材料，用于将碳酸氢盐还原为太阳能燃料。碳酸氢盐与溶解的CO处于平衡状态2是中性pH的主要物种。虽然植物具有特定的蜂窝和化学架构，适用于光合循环的所有阶段，在实验室中，驱动相同的过程需要使用光催化剂。光催化剂通过捕获其表面上的化学反应物来工作。然后，当它们被照明时，光催化剂有助于改变自身和反应分子之间的电子的电荷分布。该过程导致显着加速化学反应率，例如二氧化碳的还原。
Heagy教授一直在研究的一种用于生产太阳能燃料的光催化剂是氧化铁。在他的团队对氧化铁纳米结构的研究中，他们发现将碳酸氢盐还原为甲酸盐的光催化活性强烈地依赖于材料的形状和结构。通过使用铁原子和氧原子的排列，使碳酸氢盐有最大的表面积相互作用，他们可以显著提高生产甲酸盐的催化剂的生产率。氧化铁也是这种应用的一个吸引人的选择，因为它无毒和低成本。
新经济
氧化铁并不是唯一一种看起来有希望将二氧化碳光还原为甲酸的材料。Heagy教授的团队也一直在调查硫化锌结构和铜氧化物是否这些会更吸引人的催化剂对甲酸的生产以及如何反应的机制不同,或者是受到粒子的形状的影响,不仅仅是表面的变化。他对氧化锌的研究表明，像纳米棒、纳米带和纳米花这样的奇特的纳米结构，似乎比仅仅拥有非晶态、非结构的纳米颗粒更能成为催化剂。
虽然Hely教授的集团正在开发控制纳米颗粒的微型架构的新方法，但他们的许多研究涉及真正试图理解为什么以及如何以及如何对这些减少反应工作。研究如何以及在溶解的二氧化碳分子与表面结合的方式将有助于推动更智能的纳米粒子结构的靶向设计。除此之外，它们还研究了改变光催化的溶剂环境也对反应产量和速率产生影响。这对于这种光催化反应很重要，因为其中一个目标不仅仅具有仅具有光的实际，廉价的反应，而是确保所有试剂都是无毒的，并且尽可能环保。
调查如何以及何地，二氧化碳分子与表面的结合将有助于推动光催化剂的智能设计。
在1979年首次报道了使用金属氧化物的二氧化碳对有机化合物的二氧化碳的降低，最近已成为一项非常热门的研究领域。随着垃圾教授和其他人的工作，改善了对一些光催化剂的基本理解涉及如何工作和设计可用于此类过程的更高效，有效的材料，我们更接近实现甲醇经济的一步。
个人反应
实施甲醇经济的剩余障碍是什么？
二氧化碳捕获仍然是一个重要的科学和工程挑战。而CO.2化石燃料发电厂等来源的甲烷浓度很高，通常伴随着石油钻探作业、汽车尾气和其他稀释的来源，很难捕获。鉴于甲醇的亲水性，如果不使用抑制剂，它可能会腐蚀某些金属，如铝和锌。现有的石油产品管道无法处理甲醇。在新的管道基础设施建成之前，或者对现有的管道进行改造以适应甲醇运输，甲醇需要卡车和火车以更高的能源成本运输。