科学家发明模拟光合作用将水分解为氢气的电池

美国的科学家设计出一直概念性的产品，包括一个催化剂系统和色素分子，能够模仿植物光合作用过程，将水分子裂解为氢气和氧气。尽管这一体系的反应效率还较低，但有不受光谱限制的优点，而且效率还有很大的提升空间。若是这一成果能够实际应用，将为解决能源和生态危机提供根本的方法。

　　

地球的表面四分之三都是水，而阳光是取之不竭的，如果能找到一种经济的方法用太阳能将水分解成为氢气，那么无疑是解决能源和生态危机的灵丹妙药。不过，直到最近，美国的科学家设计出一直概念性的产品，通过模拟自然界发生的光合作用，利用阳光将水变成氢气。

 

该概念性的产品包括一个催化剂系统和色素分子，因此能够模仿植物光合作用过程中电子的转移和水的氧化。其中关键的地方在于，它包含有一个细微的分子复合体，复合体的中心是一个氧化铱分子，周围是红橙色素分子。催化剂和色素分子的大小都差不多，它们所组成的分子束的半径大约只有2纳米。研究人员之所以选用红橙色素，是因为它能吸收能量最大的蓝光，而且该色素分子也在以前的人工光合作用实验中充分研究过。

 

当色素分子吸收了可见光的能量后，激发了色素的电子，在催化剂的作用下，色素分子和催化剂之间的水分子就被分解为游离的氧气。铱原子的每个表面每秒都可进行50次的水分子氧化反应，这与植物光合体系II的速度相当。光合体系II是通过复杂的蛋白来完成水的氧化和进行光合作用过程。

 

研究人员将上述催化剂复合体整合到二氧化钛上作为阳极，同时使用铂金作为阴极。他们将电极插入盐溶液中，阴阳极分开以免分解的氢和氧再度结合。这样只需光线照射到阳极上电池就可以工作。这种类型的电池与普通的电池相似，除了加入的催化剂能让水反应分解为氢气和氧气。

 

研究人员表示，水分解所需的电压为1.23伏，但现有的条件还达不到这个水平，因此加了0.3伏的电压。该体系的效率为0.3%，尽管还比不上现有的其它光能电池（高于10%），但最终也有望能够达到10%-15%的效率，而且不受光谱的限制。研究人员将通过研究色素的效率、提高催化剂的反应和调整整个体系的空间结构来提高转换的效率。

 

研究人员说，自然界中的光合作用效率也不过是1-3%，因此别指望家门口的草坪可以给你家的房子和汽车提供动力。因此对比来说，这个发明是一项了不起的工作。

 

研究人员在2月17日举行的美国科学促进会年会上报告了这一研究结果。（生物通，揭鹰）