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人造光合作用

铅图像由伯克利实验室提供

植物是生物,就像所有生物,他们都需要能量来增长,重现,并继续生活。

大多数人都是通过收割这种燃料光合作用,利用太阳能将水和二氧化碳转化为寿命的化学能。

现在,研究人员在一个人造光合器装置上归巢,这可能让我们做同样的伎俩,将阳光和水转化为清洁燃烧氢气燃料对于我们的汽车,房屋和更多。

什么是人造光合作用?

太阳能电池已经让我们将阳光转换为电力。然而,人造光合器装置使用阳光将水或二氧化碳变成液体燃料,例如乙醇

它们比电更容易储存,而且有不同的使用方式,可以替代石油和天然气等化石燃料。

科学家一直在考虑人造光合作用的潜力超过一个世纪,在20世纪80年代,一组被解释了一个设备用阳光将水分成氢气和氧气。

从那时起,许多其他人已经证明了他们自己的人造光合作用装置,但没有适合批量生产。

这通常是因为材料它们必须在非常耐用或非常有效地捕捉阳光之间做出选择——但我们两者都需要。

从太阳能到氢

2018年,麦吉尔大学研究员米泽天领导的一个团队公布了有希望的人工光合作用装置可以将新鲜或咸水变成氢,其稳定的太阳能到氢效率约为3% - 之前的记录刚刚超过1%。

这是一个大的进步,但它仍然没有足够的商业化资格 - 这是阈值5%这是美国能源部(U.S. Department of Energy)的数据。

目前在密歇根大学工作的Mi与劳伦斯伯克利国家实验室合作,用几种先进的成像技术观察这一过程,试图发现这额外的2%的效率是从哪里来的。

“这将有助于我们以较低的成本设计和建立更有效的人造光合式设备。”

Zetian Mi.

这导致了惊人的发现。而不是得到较少的几个小时后,它就像大多数现有的人工光合作用装置一样,既高效又稳定更多的高效稳定,工作越长。

根据成像显示,该设备中的一种材料——一种叫做氮化镓的廉价半导体——吸收了一些从水中产生的氧气。氧在氮化镓上产生更多的位点来产生氢。

研究人员现在计划使用这些信息来设计更有效的人造光合作用装置;他们的最终目标是效率为20%至30%远远高于商业化所需的5%最低。

“合作有助于识别为什么这种材料变得更加强大和高效而不是降级的基本机制,”MI表示。“这项工作的调查结果将以较低的成本帮助我们设计和构建更有效的人造光合装置。”

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