人造光合作用新進展：陽光轉化成零排放燃料

　　據國外媒體報道，一種用二氧化鈦制成的新薄膜鍍層，能更加有效地把陽光轉化成零排放燃料，相關論文發表在最新一期的《科學》雜志上。美國加州理工學院專門研究太陽能燃料的化學教授、這篇論文的作者內森-劉易斯表示，這一發現促使人造光合作用的夢想距離變成現實更近一步。

　　太陽能電池板能把陽光轉變成可用的電能，但是可持續能源研究人員的主要目標，是把陽光轉變成氫等耐貯存的化學燃料。劉易斯表示，植物能通過光合作用把陽光轉變成化學能，但是這種自然過程的效率非常低。他說：“照射在植物上的陽光的能量，只有不到1%被儲存在植物的生物量里。因此我們正在設法打造一個比光合作用的效率高10倍的系統，除此以外，它還要很耐用、持續時間長，而且很劃算。”他們的目標是讓安裝在屋頂和田野里的太陽能發電機直接為汽車、建筑物和工廠生產出液體或者氣體燃料。然而劉易斯表示，迄今為止在人造光合作用方面“取得的成功非常有限”。

　　典型的太陽能燃料發電機不僅能還原水，生成氫燃料，而且它能氧化水，生成氧，氧又能被用來燃燒燃料，生成更多水。劉易斯稱，名叫光電陽極的一種半導體是生產氧所必須的，但是在生產一臺太陽能燃料發電機時，這往往會變成一個弱點。“把水氧化成氧一直是個令人頭痛的大問題，因為幾乎所有普通半導體材料都生銹，因此它們不但沒有成功氧化水，而是氧化了它們自己。”他表示，曾有各種嘗試試圖給光電陽極做鍍層，用來防止它生銹，但是到目前為止，這些努力不是未能成功阻止半導體生銹，就是完全阻止了電流穿過光電陽極。“我們已經找到一種可以避免這些問題的方法，至少在實驗室的時間尺度上已經取得了成功。”

　　該研究由美國能源部資助，劉易斯及其同事已經使用無定形二氧化鈦打造出一種特殊的薄膜鍍層，以確保光電陽極能有選擇地氧化水。這種二氧化鈦鍍層是白油漆或者遮光劑采用的一種化學物質的導電版本。劉易斯說：“借助名叫原子層沉積的方法，把它一層一層地鋪在光電陽極的上面。”這種鍍層允許電流穿過光電陽極，同時還能防止它受腐蝕。以前嘗試給光電陽極做鍍層的努力，產生氫和氧的時間只能持續幾秒鐘。與之相比，他及其同事已經操作他們的人造光合作用系統長達100小時，連續不斷地模仿陽光，而且這段時間的氧和氫產量僅減少10%。劉易斯稱，他們還需要通過進一步研究，確定該系統如何才能失靈等問題。不過他表示，這種鍍層不僅有望在硅上起作用，而且有望在其他普通半導體上起作用，其中包括砷化鎵和磷化鎵。“最好的結果是它對材料沒要求。”他稱，這意味著以前在研制過程中因為不穩定而被棄的很多材料，現在都可以重新考慮用來制造太陽能燃料發電機。