美科学家发明“人工树叶”能够产生电流

在许多科学家看来，树叶是利用太阳能的“大师”。如果“叶子”可以人工制造，能源问题可能会从根本上得到解决。几十年来，“人造叶子”的发展一直是科学家们神圣的终极目标之一。十多年前，美国国家可再生能源实验室的约翰·特纳发明了第一片“人造叶子”。然而，该装置由贵金属材料制成，其性能非常不稳定，因此尚未得到广泛应用。

最近，研究终于取得了新的进展。美国科学家丹尼尔·诺塞拉在美国化学学会第241届年会上宣布了他的研究小组的最新进展，这是一种廉价而高效的“人造叶子”。他在报告中说:“在阳光下放置一加仑的水和人造树叶可以为发展中国家的家庭提供一天的基本电力。”

这种人造叶子的原型可以持续光合作用长达45小时。该设备的形状像扑克牌，但比扑克牌薄。你所需要做的就是把它放入水中，然后放在阳光下，它可以把水分解成氢和氧，并将这两种气体储存在燃料电池中来发电。一加仑水(约3.78升)产生的电力足以满足一所房子一整天的电力需求。诺塞拉说:在不久的将来，印度和非洲的贫困村庄将有能力使用这项技术安装电力设备。

这项发明被认为是人类寻找替代能源旅程中的一项里程碑式的发明。有些人甚至认为这小小的“叶子”可能完全解决未来的能源和相关的环境问题。

“人造树叶”利用镍和钴作为化学催化材料，在阳光下进行“半光合作用”，在一定电压下将水高效电解成氧气，同时产生质子和电子。产生的质子和电子可以结合产生氢，提供一个清洁的能源。与硅光伏板相比，这种“人造树叶”显然更便宜。更重要的是，它不“挑食”，所以它可以完全把各种废水输送给它发电。钴和磷酸盐是功能强大且廉价的新型催化剂，由镍和钴制成，在简单的条件下就能有效地将水分解成氧和氢。诺塞拉发明的人造叶片的光合效率大约是天然叶片的10倍。可以乐观地认为，人工叶片的光合效率在未来将会更高。目前，光合作用是以自然方式进行的，并为自然提供能量。将来，光合作用也可能以人造叶子的形式造福人类。

本发明的核心在于发现高效和廉价的电解水电极催化材料，从而使大规模应用成为可能。

“人造树叶”能有效储存能量，具有其他方法无法比拟的优势。白天，太阳能电池产生的电能通过电解水转化为氢气和氧气，并以化学能的形式储存起来。在夜晚或雨天，燃料电池可以随时将储存的化学能转化为电能。

中国科学家也在进行这项研究。2010年，上海交通大学金属基复合材料国家重点实验室的科学家在美国科学院发表了“人造树叶”技术。该团队用中国特有的植物制成的碗和花做了实验，首先发现了收集阳光的天然叶子的结构，然后开发了一种化学物质，在功能上取代了这种结构，并给这种叶子贴上了“中国制造”的标签。不幸的是，这些成就没有进入实用领域，要么是因为成本太贵，要么是因为它们不稳定，容易生锈。诺塞拉最新发布的叶子部分解决了这个问题。

"我们的目标是每个家庭拥有自己的发电站."诺塞拉说，“可以想象，在不久的将来，印度和非洲的村庄将能够购买基于这种技术的基本发电系统。”

当人们对这项发明感到兴奋时，他们也应该清醒地意识到所谓的“人造叶子”实际上有更大的局限性。首先，“人造树叶”并没有真正实现自然界中已经运行了数亿年的树叶的所有功能。它只是模仿树叶中光系统二的局部功能。其次，它的运行也依赖于太阳能电池和燃料电池。第三，它还需要一种新型的廉价压缩气体系统来储存产生的氢气和氧气，然后用于发电。因此，在本发明能够真正大规模应用之前，还有很长的路要走。