人工模拟光合作用获突破

2010-9-07 15:35 来源: 人民网
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  植物利用太阳光便能使水分子氢、氧分离,而目前为止,人类为之进行的各种模拟实验却都无功而终。失败的根源在于水分子分解所需能量巨大,远远超出利用传统太阳能电池技术理论上所能提供的最大能量。

  模拟光合作用分解水分子成为人们长久追寻的目标。麻省理工学院化学家丹尼尔・诺切拉(Daniel Nocera)领导的团队发现了一种创新性的水分子分离法。他们将磷―钴催化剂和钛氧电极搭配使用,该过程所需能量远远低于比普通电解水过程,且成本低廉。

  这项发明使人类模仿植物光合作用成为可能。但华盛顿大学化学家丹尼尔・甘莫林(Daniel Gamelin)表示,新方法使用的设备需要大量的光学电池,因此生产出的能源在价格上与化石燃料相比,并不具竞争优势。

  甘莫林还指出,若将诺切拉水分解装置中的一些光电技术进行整合,创造出光电化学水分解器,设备的成本有望降低。

  《新科学家》称,诺切拉制造的电极是在氧化铟锡的表面镀上磷―钴层。甘莫林也同样使用了钴和磷,但电极的基本原料换成了热玻璃,并在外面喷上一层含铁的溶液。铁在空气中发生氧化,形成铁锈。铁锈的凹凸不平扩大了电极的实际表面积。此外最重要的是,铁锈也具有光电特性。

  而后,甘莫林将铁锈电极浸入含有钴和磷的溶液中,并通电使溶液中的化学成分聚集在电极表面,从而形成了一种光电化学电极。这种电极可同时进行发电和水分子电解。不过目前光电化学电极所产生的能量,虽然还不足以满足自身电解水的需求,但却可以减少所需太阳能电池的数量,从而大大降低成本。

  与诺切拉设计的装置一样,甘莫林的技术也只能将水分解成氧气和氢离子。甘莫林表示,全世界许多科学家仍在寻找可以将氢离子转化成氢气的有效方法。与此同时,也有许多人在寻求其他分解水的方法,如瑞典皇家理工学院科学家孙立成(音译)就在研究使用光敏性电极来代替染料敏感性的太阳能电池。

  然而,美国科罗拉多州国家可再生能源实验室的约翰・特纳(John Turner)表示,几乎所有正在研究的电极材料都还不能实现实际应用,因为它们的使用效率“很糟糕”。

  特纳还认为,与其讨论到底是用氧化钛还是氧化铁,研究人员更需要对光电装置进行改进,目前最先进的装置的效率也不过只有27%。