新型材料有望帶來自給自足能源系統

層狀水鈉錳示意圖

　　美國佛羅里達州立大學研究人員在最近一期《物理化學》雜志上發表論文稱，他們開發出一種能模擬光合作用的人工材料，有望帶來一種可持續的自給自足能源系統。

　　可持續的自給自足能源系統應該對環境沒有負面影響，不會產生二氧化碳和廢水。但要建造這樣一個系統，目前面臨的難題是，如何設計出一種材料，既不會在分解水的過程中生銹，又能捕獲能源，還要足夠便宜以利于生產。

　　佛羅里達州立大學化學工程副教授何塞·門多薩-科特斯最初用氧化錳開發了一種多層材料，稱為層狀水鈉錳（birnessite）。后來，他和研究團隊把這種多層材料一層層地剝離，當只剩一層時，令人興奮的事情發生了，它捕獲光的速度大大提高。從技術上講，它從一種間接帶隙材料變成了直接帶隙材料。

　　光能更容易地穿透間接帶隙而不被吸收。硅是最常見的間接隙帶材料，但要想讓材料更有效，通常是把硅太陽能電池堆積起來，達數百微米厚。如果太薄，光會穿過材料。更理想的是造出一種單層材料，能有效捕獲光，這樣更加簡單、廉價而且易于制造。

　　“所以直接帶隙材料的發現才如此令人興奮。它便宜、高效，而且不必捕獲大量的光就能作為燃料發電。”門多薩-科特斯說，“理論上，這是一種自給自足的能源系統。或許將來，人們能把這種材料用在自家屋頂，在陽光照耀下把雨水變成能源。”

　　捕獲陽光，然后用這些光能把水分解成氫氣和氧氣，這一過程叫做氧化。當植物利用光能分解水和碳水化合物時，發生的就是這種反應，也是植物的主要能量來源。據物理學家組織網11月2日報道，新發現為將這一過程用于制造新能源、實現零碳排放帶來光明前景。