什么是人工光合作用(Artificial Photosynthesis)？
植物獲取能量的方式與人類獲取能量的方式截然不同。當人類需要能量時，他吃食物。當植物需要能量時，它利用光合作用從環境中吸收二氧化碳，并利用陽光將其轉化為糖，科學家們一直致力于復制光合作用的過程，試圖以一種新的、有...
植物獲取能量的方式與人類獲取能量的方式截然不同。當人類需要能量時，他吃食物。當植物需要能量時，它利用光合作用從環境中吸收二氧化碳，并利用陽光將其轉化為糖，科學家們一直致力于復制光合作用的過程，試圖以一種新的、有效的、生態友好的方式利用太陽的能量，人工光合作用的研究也取得了一些有趣的結果。
一種人工光合作用的形式可以分解水分子來產生能量。產生人工光合作用的能力在2000年首次被宣布，盡管之前的研究還處于計劃階段。研究人員依靠1953年發現的本田富士島效應（Honda Fujishima effect），它使用二氧化鈦作為光催化劑。光催化劑可以加速與光有關的過程，在這種情況下，還可以加速能源的利用。
從事人工光合作用的科學家正試圖像植物一樣利用太陽和太陽能對人工光合作用的商業興趣以及對可能由此產生的潛在新產品的渴望，研究領域分為兩個部分。這產生了兩個不同的結果：光電化學電池和染料敏化太陽能電池。每一個電池的工作原理不同，但都試圖得到相同的結果：人工光合能可以被利用和儲存以備日后使用，這將減少世界對不可再生能源的依賴，光電化學電池，也被稱為PECs，利用水的電流在一種叫做電解的過程中產生氫氣和氧氣然后，電能可以儲存在氫中，氫是一種"能量載體"，能量可以在以后使用，比如在電池中。PEC有兩種類型，一種是利用半導體表面吸收太陽能，幫助分解水分子以供能源使用。另一種是利用溶解的金屬吸收太陽能和開始人工光合作用的過程。這種反應最常見的金屬催化劑是鈷和銠。麻省理工學院（MIT）的研究人員發現這些金屬對這類工作最有效。另一種正在研究的電池，染料敏化太陽能電池有時被稱為Gratzel細胞或Graetzel細胞。與PECs一樣，染料敏化人工光合作用細胞使用半導體來收集能量，通常是硅。在染料敏化細胞中，半導體被用來傳輸收集的能量，光電子或能量粒子被分離并使用特殊染料加以利用Gratzel細胞被認為是目前最有效的人工光合作用形式，也是最具成本效益的制造方式。缺點主要是由于與液體染料有關的溫度問題，因為這些液體染料會在較低溫度下凍結并停止能量生產，在人工光合作用領域的研究仍在進行，特別是尋找更好的催化劑和能量傳輸機制。雖然它們不是最有效的能源生產形式，由于其潛在產量高、制造成本低和對環境的潛在影響，人們對其仍有極大的興趣，如果人工光合作用能夠實現且可靠，世界對不可再生礦物燃料的依賴將大大降低銠是一種可以作為人工光合作用催化劑的金屬。
一種人工光合作用的形式可以分解水分子來產生能量。產生人工光合作用的能力在2000年首次被宣布，盡管之前的研究還處于計劃階段。研究人員依靠1953年發現的本田富士島效應（Honda Fujishima effect），它使用二氧化鈦作為光催化劑。光催化劑可以加速與光有關的過程，在這種情況下，還可以加速能源的利用。從事人工光合作用的科學家正試圖像植物一樣利用太陽和太陽能對人工光合作用的商業興趣以及對可能由此產生的潛在新產品的渴望，研究領域分為兩個部分。這產生了兩個不同的結果：光電化學電池和染料敏化太陽能電池。每一個電池的工作原理不同，但都試圖得到相同的結果：人工光合能可以被利用和儲存以備日后使用，這將減少世界對不可再生能源的依賴，光電化學電池，也被稱為PECs，利用水的電流在一種叫做電解的過程中產生氫氣和氧氣然后，電能可以儲存在氫中，氫是一種"能量載體"，能量可以在以后使用，比如在電池中。PEC有兩種類型，一種是利用半導體表面吸收太陽能，幫助分解水分子以供能源使用。另一種是利用溶解的金屬吸收太陽能和開始人工光合作用的過程。這種反應最常見的金屬催化劑是鈷和銠。麻省理工學院（MIT）的研究人員發現這些金屬對這類工作最有效。另一種正在研究的電池，染料敏化太陽能電池有時被稱為Gratzel細胞或Graetzel細胞。與PECs一樣，染料敏化人工光合作用細胞使用半導體來收集能量，通常是硅。在染料敏化細胞中，半導體被用來傳輸收集的能量，光電子或能量粒子被分離并使用特殊染料加以利用Gratzel細胞被認為是目前最有效的人工光合作用形式，也是最具成本效益的制造方式。缺點主要是由于與液體染料有關的溫度問題，因為這些液體染料會在較低溫度下凍結并停止能量生產，在人工光合作用領域的研究仍在進行，特別是尋找更好的催化劑和能量傳輸機制。雖然它們不是最有效的能源生產形式，由于其潛在產量高、制造成本低和對環境的潛在影響，人們對其仍有極大的興趣，如果人工光合作用能夠實現且可靠，世界對不可再生礦物燃料的依賴將大大降低銠是一種可以作為人工光合作用催化劑的金屬。
- 發表于 2020-09-06 19:34
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- 分類：科學教育
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