北京大学：揭示矿物转化太阳能新发现

4月22日，《美国科学院院刊》在网上公布了北京大学地球与空间科学学院的陆安怀、李燕、丁洪瑞以及物理学院的刘开慧等学者与弗吉尼亚理工大学合作完成的“表面铁锰氧化物矿物薄膜转换的太阳光电效应”研究成果。他们首先在自然界中发现了无机矿物转化太阳能系统，提出阳光不仅作用于表面生物产生经典的光合作用，还作用于表面矿物产生非经典的“矿物光合作用”。

自然界中还没有观察到非生物的太阳光收集和利用系统，即在暴露于阳光的地球表面广泛分布的天然矿物，长期暴露于太阳辐射的响应机制还没有得到认识和利用。

通过对中国北方典型地貌(如戈壁、沙漠、喀斯特和红壤)的岩土样品进行深入、系统的观察和分析，他们发现直接暴露在阳光下的岩土颗粒表面通常被一层铁锰(氢氧化物)氧化物“矿物薄膜”覆盖。鉴于地球表面广泛发育的铁锰氧化物“矿物薄膜”具有阳光光电转换的半导体效应这一自然规律的发现，他们提出阳光照射下地球表面的铁锰氧化物“矿物薄膜”是地球上分布最广的太阳薄膜“新圆层”，具有吸收和转换太阳能、驱动地球化学元素循环、地球物质演化和地球环境演化的重要功能。

这一新发现为深入理解阳光照射下地表矿物驱动的外部动态地质过程及其在地球环境和生物进化中的重要作用提供了新的视角，并提高了无机性质中等同于生物光合作用的太阳能转换和利用系统的认知水平。他们在自然界中已知的太阳光子和元素价电子两种基本能量形式的基础上，提出了矿物光电子是地球表面普遍存在的第三种能量形式的理论，拓展了经典的光合作用模型，为地球生命活动的能量来源和地表地球化学过程对太阳能的吸收利用提供了新的模型，也为太阳系中火星等类地行星上的无机矿物转化利用太阳能提供了重要的参考。

地址:https://www.pnas.org/content/early/2019/04/16/1902473116