劍橋大學(xué)開(kāi)發(fā)人造樹(shù)葉裝置制取清潔燃料

受光合作用——植物將陽(yáng)光轉(zhuǎn)化為有機(jī)物這一過(guò)程的啟發(fā)，劍橋大學(xué)的研究人員設(shè)計(jì)了一種超薄、柔性裝置，可以用來(lái)產(chǎn)生可持續(xù)的汽油替代品。由于這種低成本的自動(dòng)裝置很輕，可漂浮于水面，而不需要占用陸地空間。在劍河附近對(duì)這種輕質(zhì)人造樹(shù)葉進(jìn)行的戶外測(cè)試表明，它們可以像植物葉子一樣有效地將陽(yáng)光轉(zhuǎn)化為燃料。這種在水中生產(chǎn)清潔燃料的裝置尚屬首次出現(xiàn)，如果規(guī)?；a(chǎn)，人造樹(shù)葉可以在受污染的水道、港口甚至海上使用，有助于減少全球航運(yùn)業(yè)對(duì)化石燃料的依賴。研究結(jié)果發(fā)表在《Nature》雜志上。

近年來(lái)，劍橋大學(xué)Erwin Reisner教授的研究小組一直致力于船運(yùn)減排，他們基于光合作用的原理，開(kāi)發(fā)出可持續(xù)的汽油解決方案。2019年，他們開(kāi)發(fā)了一種人造樹(shù)葉，可利用陽(yáng)光、二氧化碳和水制造合成氣，合成氣是生產(chǎn)許多化學(xué)品和藥品的關(guān)鍵中間體。早期的原型裝置是將兩個(gè)光吸收器與合適的催化劑裝在一起產(chǎn)生燃料，但采用厚玻璃和防水涂層的裝置過(guò)于笨重。雖然人造樹(shù)葉可以大大降低可持續(xù)燃料生產(chǎn)的成本，但由于它們很重且易碎，很難大規(guī)模生產(chǎn)和運(yùn)輸。

該研究的負(fù)責(zé)人萊斯納表示，如果能把這些材料做得足夠輕，能夠漂浮起來(lái)，就會(huì)為這種人造樹(shù)葉的使用開(kāi)辟出全新的領(lǐng)域。研究人員面臨的挑戰(zhàn)是如何將光吸收劑沉積在輕質(zhì)基底上，并防止被水浸泡。為了應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，該團(tuán)隊(duì)將薄膜金屬氧化物材料(鈣鈦礦)涂覆在柔性塑料和金屬箔上，裝置用微米厚的防水碳層進(jìn)行覆蓋，防止水造成破壞。他們最終研制出的裝置不僅能工作，而且看起來(lái)像真的樹(shù)葉。研究表明，人造樹(shù)葉融合了現(xiàn)代制造技術(shù)，是太陽(yáng)能燃料生產(chǎn)自動(dòng)化和規(guī)?；某醪襟w現(xiàn)。這些葉子結(jié)合了大多數(shù)太陽(yáng)能燃料技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了粉末懸浮液的輕量化和有線系統(tǒng)的高性能。對(duì)新型人造樹(shù)葉的測(cè)試表明，它可以將水分解為氫和氧，或?qū)⒁谎趸歼€原為合成氣。雖然在商業(yè)化應(yīng)用之前還需要進(jìn)一步改進(jìn)，但研究人員表示，這一進(jìn)展為他們的工作開(kāi)辟了全新的道路。

[靳愛(ài)民摘譯自ScienceDaily，2022-08-17]