在卡姆河上對這些輕質(zhì)葉子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(zhuǎn)化為燃料。卡姆河是流經(jīng)英格蘭東部劍橋的主要河流，測試發(fā)生在劍橋的標(biāo)志性景點附近，包括嘆息橋、雷恩圖書館和國王學(xué)院禮拜堂。
這是第一次在水上產(chǎn)生清潔燃料。如果擴大規(guī)模，這種人造樹葉可以用于受污染的水道、港口，甚至是海上，并且可以幫助減少全球航運業(yè)對化石燃料的依賴。這些結(jié)果于8月17日在《自然》雜志上報告。
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近年來，可再生能源技術(shù)，如風(fēng)能和太陽能，已經(jīng)變得非常便宜和可用。然而，對于航運等行業(yè)來說，去碳化是一個更高的要求。大約80%的全球貿(mào)易是由化石燃料驅(qū)動的貨船運輸?shù)模撔袠I(yè)在有關(guān)氣候危機的討論中得到的關(guān)注明顯不足。
幾年來，劍橋大學(xué) Erwin Reisner教授的研究小組一直在努力解決這個問題，開發(fā)基于光合作用原理的可持續(xù)汽油解決方案。2019年，他們開發(fā)了一種人造樹葉，它從陽光、二氧化碳和水中制造合成氣。合成氣是許多化學(xué)品和藥品生產(chǎn)中的一個關(guān)鍵中間體。
早期的原型通過將兩個光吸收器與合適的催化劑結(jié)合起來生產(chǎn)燃料。然而，它結(jié)合了厚厚的玻璃基板和防潮涂層，這使得該設(shè)備很笨重。
“人造樹葉可以大大降低可持續(xù)燃料生產(chǎn)的成本，但由于它們既重又脆弱，它們很難大規(guī)模生產(chǎn)和運輸，”來自劍橋大學(xué)優(yōu)素福-哈米德化學(xué)系的Virgil Andrei博士說，他是該論文的共同牽頭人。
領(lǐng)導(dǎo)這項研究的Reisner說：“我們想看看我們能在多大程度上縮減這些設(shè)備使用的材料，同時不影響其性能。如果我們能將材料修剪到足夠輕的程度，使它們能夠漂浮，那么它就為這些人造樹葉的使用開辟了全新的途徑。”
對于新版本的人造樹葉，科學(xué)家們從電子行業(yè)獲得了靈感。那里的微型化技術(shù)導(dǎo)致了智能手機和柔性顯示器的誕生，徹底改變了該領(lǐng)域。
劍橋大學(xué)研究小組面臨的挑戰(zhàn)是如何將光吸收劑沉積在輕質(zhì)基材上，并保護它們免受水的滲透。為了克服這些挑戰(zhàn)，研究人員使用了薄膜金屬氧化物和被稱為鈣鈦礦的材料，這些材料可以被涂在柔性塑料和金屬箔上。這些設(shè)備被覆蓋在微米級薄的憎水碳基層上，以防止水分降解。結(jié)果是一個不僅能工作，而且看起來像真的樹葉的裝置。
Andrei說：“這項研究表明，人造樹葉與現(xiàn)代制造技術(shù)兼容，代表著向太陽能燃料生產(chǎn)的自動化和規(guī)模化邁出的第一步。這些葉子結(jié)合了大多數(shù)太陽能燃料技術(shù)的優(yōu)點，因為它們實現(xiàn)了粉末懸浮液的低重量和有線系統(tǒng)的高性能。”
對新的人造樹葉的測試表明，它們可以將水分解成氫氣和氧氣，或?qū)⒍趸歼€原成合成氣。雖然在它們準備用于商業(yè)應(yīng)用之前還需要進行更多的改進，但科學(xué)家們說這一發(fā)展為他們的工作打開了全新的途徑。
Andrei表示：“太陽能發(fā)電廠已經(jīng)成為流行的電力生產(chǎn)；我們設(shè)想類似的發(fā)電廠用于燃料合成。這些可以供應(yīng)沿海居民點、偏遠島嶼，覆蓋工業(yè)池塘，或避免灌溉渠的水蒸發(fā)。”
“許多可再生能源技術(shù)，包括太陽能燃料技術(shù)，可以在陸地上占用大量空間，因此將生產(chǎn)轉(zhuǎn)移到開放水域?qū)⒁馕吨鍧嵞茉春屯恋厥褂貌幌嗷ジ偁帲?rdquo; Reisner說。“從理論上講，你可以把這些設(shè)備卷起來，放在幾乎任何國家的任何地方，這也將有助于能源安全。”
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