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能源自給自足：模擬光合作用材料問世

2015-11-05 11:51

　　美國佛羅里達(dá)州立大學(xué)的研究人員發(fā)現(xiàn)一種可模擬光合作用的人工材料，有望帶來一種可持續(xù)的自給自足能源系統(tǒng)。

　　在近期發(fā)表的《物理化學(xué)》The Journal of Physical Chemistry雜志中，美國佛羅里達(dá)州立大學(xué)的研究人員化學(xué)工程助理教授Jose L. Mendoza-Cortes詳細(xì)介紹了這種新材料如何有效捕捉陽光，能量如何被分解成氧氣（O2）和氫氣(H2)。這個過程被稱為氧化，和植物利用光分解水和碳水化合物進(jìn)行光合作用過程一樣。

　　 “從理論上講，這應(yīng)該是一個自給自足的能量來源，” Mendoza-Cortes表示�！耙苍S在未來，你可以把這種材料放在屋頂，借助于陽光可以把雨水轉(zhuǎn)化成能量來源�！�

　　可持續(xù)的自給自足能源系統(tǒng)應(yīng)該對環(huán)境沒有負(fù)面影響，不會產(chǎn)生二氧化碳和廢水。但要建造這樣一個系統(tǒng)，目前面臨的難題是，如何設(shè)計出一種材料，既不會在分解水的過程中生銹，又能捕獲能源，還要足夠便宜以利于生產(chǎn)。

　　佛羅里達(dá)州立大學(xué)化學(xué)工程副教授Jose L. Mendoza-Cortes最初用氧化錳開發(fā)了一種多層材料，稱為層狀水鈉錳礦（birnessite）。

　　后來，他和研究團(tuán)隊把水鈉錳礦這種多層材料一層層地剝離，當(dāng)剝離到最后只剩一層時，令人興奮的事情發(fā)生了，水鈉錳礦材料捕獲光的速度大大提高。從技術(shù)層面上講，水鈉錳礦從一種間接帶隙材料變成了直接帶隙材料。

　　光能更容易地穿透間接帶隙材料而不被吸收。硅是最常見的間接帶隙材料，但要想讓材料收光性能更有效，通常是把硅太陽能電池堆積起來，達(dá)數(shù)百微米厚。如果硅電池厚度太薄，光就會很容易穿過材料不被吸收。

　　因此更理想的方案是造出一種單層材料，可提高光捕捉量，生產(chǎn)更便利更具性價比。

　　Jose L. Mendoza-Cortes指出“這就是為什么直接帶隙材料的發(fā)現(xiàn)如此令人興奮。既便宜高效，而且無需使用大量的材料來收光，節(jié)省發(fā)電燃料�！�
（文/Tina譯）

光合作用材料能源