人工光合作用生成氫氣

    光合作用是植物、藻類和某些細菌利用葉綠素，在光的照射下，將二氧化碳、水或是硫化氫轉(zhuǎn)化為碳水化合物。光合作用可分為產(chǎn)氧光合作用（oxygenic photosynthesis）和不產(chǎn)氧光合作用（anoxygenic photosynthesis）。植物之所以被稱為食物鏈的生產(chǎn)者，是因為它們能夠通過光合作用利用無機物生產(chǎn)有機物并且貯存能量。通過食用，食物鏈的消費者可以吸收到植物所貯存的能量，效率為10%左右。對大多數(shù)生物來說，這個過程是他們賴以生存的關(guān)鍵。而地球上的碳氧循環(huán)，光合作用是其中最重要的一環(huán)。
    據(jù)國外媒體報道，美國麻省理工大學(xué)的科學(xué)家日前在實驗室內(nèi)再現(xiàn)了光合作用的過程，在整個過程中光合作用將水分解成氫和氧，并產(chǎn)生了可供燃燒的氫氣和氧氣。該實驗的意義在于光合作用產(chǎn)生的能量能夠被人類利用，這種技術(shù)將引發(fā)一場太陽能使用革命，并補償煤炭，石油等不可再生資源的損耗。這兩名科學(xué)家名叫諾塞拉（Daniel Nocera）和卡南（Matthew Kanan），他們找到了一種簡單實惠的方法將水分解成氫氣和氧氣，這種方法的原理和光合作用差不多，只是將太陽能轉(zhuǎn)化了可燃燒的氫氣和氧氣。
    眾所周知，水能夠電解成氫和氧，但整個過程毫無意義。為了提高這一性能，化學(xué)家們提供了能促使反應(yīng)在更低電壓情況下進行的催化劑。目前只有釕和鉑能充當(dāng)這種媒介，當(dāng)然這兩種金屬都很昂貴，除此之外，反應(yīng)要進行還需要特定的溫度條件和氣壓。
    諾塞拉和卡南找到了加速水電解的另一個好方法。他們把銦和錫的氧化物做成的電極放置在鈷離子和磷酸鉀的水溶液中，然后在溶液中通入太陽能電池的電流，這樣相當(dāng)于葉綠體的觸媒就產(chǎn)生了。與此同時，水分解成氧氣和自由的氫離子，這些氫離子聚集在電極上，并在那里形成氫氣。白天，用通常方法獲得的太陽能一部分可用于日常所需要，一部分用來將水分解成氫氣和氧氣并將氫氣儲存起來。晚上，氫氣和氧氣轉(zhuǎn)化為燃料用來發(fā)電。
    自由的氫離子和氧能夠轉(zhuǎn)化為燃料要素用來發(fā)電。整個過程發(fā)生在正常的大氣壓環(huán)境和溫度內(nèi)。媒介中的物質(zhì)在反應(yīng)過程中失去了自己的特性，當(dāng)反應(yīng)結(jié)束時又恢復(fù)到原來的樣子。這和自然界的葉綠素一樣。諾塞拉說：“我們的研究證明，能夠使用相對便宜的媒介，并以此為基礎(chǔ)在通常條件下得到光合作用的光能”�？茖W(xué)家們已經(jīng)為此制定了Powering the Planet項目，并開始了進一步的研究工作。

    最近有報道，美國麻省理工學(xué)院化學(xué)家Daniel Nocera領(lǐng)導(dǎo)的一個研究小組研發(fā)成功了一種用太陽能生產(chǎn)氫氣的裝置。他們先是用三層很薄的太陽能硅電池材料壓制成片狀太陽能電池，然后在電池的陽面（朝向陽光的一面）鍍上鎳、鉬、鋅三種元素合成的一種催化劑，在陰面（背向陽光的一面）鍍上含鈷元素的一種催化劑。把這種太陽能電池板浸入水中，陽面產(chǎn)生的正電荷穿過硅電池片抵達陰面，把水分子電離成氧分子和帶正電的氫離子，氫離子游到陽面與殘留在陽面上的負(fù)電荷中和后生成氫分子，釋放出氫氣。Nocera的這個裝置與植物的光合作用十分相似，它比以往類似裝置優(yōu)越得多的地方是所用的材料十分豐富從而價格便宜，另外它能長時間穩(wěn)定地生成氫氣。 Nocera的發(fā)明最近在《科學(xué)》、《自然》等許多著名網(wǎng)站上有大量文字說明和視頻。目前，Nocera裝置的能量轉(zhuǎn)化率還比較低，在實驗室中只有4.7%，因而生成氫氣較慢，但包括Nocera在內(nèi)的眾多科學(xué)家對比較快地把這一裝置發(fā)展到產(chǎn)業(yè)化水平充滿信心。

   24小時 貼心服務(wù)：如果您對以上紐瑞德氣體感興趣或有疑問，請點擊和我聯(lián)系網(wǎng)頁右側(cè)的在線客服，或致電：400-6277-838，紐瑞德氣體——您全程貼心的采購顧問。