劍橋大學開發人造樹葉裝置制取清潔燃料

受光合作用——植物將陽光轉化為有機物這一過程的啟發，劍橋大學的研究人員設計了一種超薄、柔性裝置，可以用來產生可持續的汽油替代品。由于這種低成本的自動裝置很輕，可漂浮于水面，而不需要占用陸地空間。在劍河附近對這種輕質人造樹葉進行的戶外測試表明，它們可以像植物葉子一樣有效地將陽光轉化為燃料。這種在水中生產清潔燃料的裝置尚屬首次出現，如果規模化生產，人造樹葉可以在受污染的水道、港口甚至海上使用，有助于減少全球航運業對化石燃料的依賴。研究結果發表在《Nature》雜志上。

近年來，劍橋大學Erwin Reisner教授的研究小組一直致力于船運減排，他們基于光合作用的原理，開發出可持續的汽油解決方案。2019年，他們開發了一種人造樹葉，可利用陽光、二氧化碳和水制造合成氣，合成氣是生產許多化學品和藥品的關鍵中間體。早期的原型裝置是將兩個光吸收器與合適的催化劑裝在一起產生燃料，但采用厚玻璃和防水涂層的裝置過于笨重。雖然人造樹葉可以大大降低可持續燃料生產的成本，但由于它們很重且易碎，很難大規模生產和運輸。

該研究的負責人萊斯納表示，如果能把這些材料做得足夠輕，能夠漂浮起來，就會為這種人造樹葉的使用開辟出全新的領域。研究人員面臨的挑戰是如何將光吸收劑沉積在輕質基底上，并防止被水浸泡。為了應對這些挑戰，該團隊將薄膜金屬氧化物材料(鈣鈦礦)涂覆在柔性塑料和金屬箔上，裝置用微米厚的防水碳層進行覆蓋，防止水造成破壞。他們最終研制出的裝置不僅能工作，而且看起來像真的樹葉。研究表明，人造樹葉融合了現代制造技術，是太陽能燃料生產自動化和規模化的初步體現。這些葉子結合了大多數太陽能燃料技術的優點，實現了粉末懸浮液的輕量化和有線系統的高性能。對新型人造樹葉的測試表明，它可以將水分解為氫和氧，或將一氧化碳還原為合成氣。雖然在商業化應用之前還需要進一步改進，但研究人員表示，這一進展為他們的工作開辟了全新的道路。

[靳愛民摘譯自ScienceDaily，2022-08-17]