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哈佛的科学家研究出了“仿生叶子”，它比真叶子的太阳能转化率更高

(2016-06-14 14:15:59)

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哈佛大学的研究人员发明了一种可以储存太阳能并把太阳能转化成化学能力的系统，这一系统使用的是无机化学和生物体的共同作用的原理。和光合作用的自然工程相比，他们把这个称为“仿生叶子”或“人工叶子”，而且声称系统目前的转换率比类似的系统高得多－甚至也高过光合作用本身。

这篇论文周四在Science杂志上刊登，通过描述系统的两大功能来介绍它，和其他系统不同，它可以贮存太阳能，而不是立即使用这些能量；而且可以把空气中的二氧化碳转化成有用的材料，减少温室气体。

伦敦帝国理工学院的Johannes Lischner也参与到了这个研究之中，他说：“我觉得这个研究非常棒，高效地把太阳能转化成化学能源是可再生能源研究的追求目标。”

这个系统是这样运行的：在一个罐子里放置两个以上的电极、青枯杆菌和谁。电流通过电极而传导，将水分子分解，放出氢气。

这项研究的另一名作者，来自哈佛大学的Pamela Silver在电话访谈里说：“这些氢气可以用来做燃料并燃烧，但是我们决定利用这些吸收氢院子和碳原子的细菌，让它们繁殖。”

Silver博士解释道：“随着这些细菌的繁殖，这些有机体可以产出特定的化合物，通过基因工程，这些细菌可以产出酒精和塑料这样非常有用的东西。”

科学家们一直尝试着将这些细菌养在电离过的水之外，尽管可以做到，但是会有一些限制，无法达到一定的转化率。

这个系统面临的主要问题是对电极带来的重金属的过滤，以及活性氧气的生产，这两者都不会产生健康的细菌。这个最新研究的创新点是以钴为基础的分裂水分子系统。

麻省理工学院的Michael Strano没有参与到这个项目中，但是他在电话访谈中表示：“从本质上来看，这个系统是可以自我修复的，阴阳两极互相促进；一旦其中一个反应速度降低，另一个会对其进行促进，循环反复。”

Strano博士的研究领域就是将纳米材料结合到真正的叶子中，他认为这个研究处于行业的领先地位，并解释说这个研究的主要创新点就是团队所用的将水分子电解的化学成分及其生物适应性。

上世纪60年代，当这个项目的研究专家开始实验的时候，受当时的科技水平所限，他们只能将生物能对太阳能的转化率维持在1%左右。此篇论文的主要特点就是对光合作用的研究，尽管有些专家对此表示怀疑，认为它过于简化了植物能量使用的复杂性。

尽管如此，这个最新的研究把这一特性提升到了10%，远比之前普遍成立的8%强得多，值得考虑真正开始应用。英国皇家学会研究员以及帝国理工学院材料系的讲师Lischner博士表示：“事实上，这项研究的数据是很有希望的，但问题是，它真的可以被应用的实际设备中吗？”

项目的研究者提出把这项技术应用到发展中国家，这些国家储存和获得能量的技术设施紧缺，但Lischner怀疑这些生物系统能否在撒哈拉沙漠这样的地方存留下去。尽管研究的可行性“还需证实”，他坚称这个项目至少可以引起大众的好奇心。

这个项目的希望是它可以和光电池结合，这样太阳能可以用来引导水的电离反应。然后细菌可以用来转化氢的能量，称为大量的以碳为基础的产品，包括生物燃料和塑料。研究的联合作者Brendan Colón在他的播客上说：“重要的是，这个技术相当于无中生有。”

太阳能的主要缺点是它不能被贮存，那么通过这一技术，这一问题可以被解决。这项研究甚至可能解决减少空气中的二氧化碳这一世界性难题，还能把它转化成有用的产品。

另外，麻省理工学院的Strano指出，这项研究意味着科学的新黎明，还有新的领域需要研究。Strano说：“有很多学者都在研究微生物的生物合成，也有人在研究无机化学，这个研究将两者结合了起来。”

本文来自：加速会

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