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人造树叶模拟植物的光合作用发电

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  人造树叶的发明人丹尼尔 诺切拉

  只要一片高级太阳能电池“人造树叶”,便可满足一个家庭一天的用电量

  本报实习记者/刘亚斌

  众所周知,植物是靠光合作用汲取营养的,那么能否将植物生长的本能转变成造福人类的手段呢?在近日召开的第241届美国化学学会全国大会上,美国麻省理工学院的科学家给出了答案。他们成功制造出了一片人造树叶,它可以模拟植物光合作用,把阳光和水转变成能量。

  该科研组的领导者、美国麻省理工学院的化学家丹尼尔 诺切拉满怀自信地说:“这片人造树叶仅仅通过光合作用即可为人类提供新能源,这个发明是几十年来科学界的一个‘圣杯’。”

  薄如扑克,效率超高

  人造叶子是一块由硅、电子部件和催化剂构成的高级太阳能电池,虽然是以真正的树叶为模仿对象,但其外形跟橡树、枫树等绿色植物的叶子还是略有差异。这种叶子仪器的外形更像扑克,但比扑克更薄。

  将人造叶子放在1加仑水中,置于阳光下。在催化剂的作用下,水迅速分解出大量氢和氧,这两种成分被储存进燃料电池,燃料电池则利用这两种成分来产生电流。在整个化学反应的过程中,催化剂的作用至关重要,而该研究取得突破性进展的关键,得益于诺切拉发现的强效、廉价的新型催化剂。这些催化剂由镍和钴合成,它们能在普通环境下将水中的氢氧高效分离。因此,人造树叶光合作用的效率是真正树叶的10倍,诺切拉认为,这种叶子仪器的效率还能进一步提高。

  用料廉价,寿命延长

  诺切拉指出,人造树叶其实并不是一种新概念。早在10多年前,美国科罗拉多州国家可再生能源实验室的约翰 特纳就制造出了世界上第一片人造树叶。这片人造树叶的光合作用效率很高,但它所使用的金属材料价格昂贵,而且寿命短暂,仅能使用1天,因此特纳的发明创造注定无法普及。

  诺切拉科研组研制的新型人造树叶恰恰克服了前代发明短寿的缺陷。它的原材料价格非常便宜,几乎随处可见,而且这种叶子仪器的稳定性更好,对工作环境要求也不高。实验室数据显示,诺切拉的人造树叶持续工作45小时后效率仍不会下降。它兼具制作材料价格低廉、成品仪器工作效率高和工作寿命长的优势,注定将成为可再生能源探索道路上的一个转折点。

  家庭用电,自给自足

  早在2009年,诺切拉的公司就在尝试制造电解器设备,用廉价的镍和钴作为原料电解水。该发明投入市场后,诺切拉将赚取的收入用于新一代产品的研究,而这次使用的是太阳能电池分解水后提取氧。诺切拉的目标是通过自己的发明,让发展中国家的每个贫困家庭都拥有自己的发电站,用上便宜、清洁的电能。

  如今,诺切拉的人造树叶显示出了巨大潜力。实验室数据显示,一片叶子仪器产生的电能可以满足发展中国家一个家庭一天的用电需求。诺切拉计划用一年半左右的时间完善人造叶子技术,制造出一种冰箱大小的微型发电动力装置。可以想象,当这项技术成熟后,印度和非洲的贫困家庭就能买到便宜的基本电力系统,实现电力的自给自足。

 

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