能源自给自足：模拟光合用途材料问世

美国佛罗里达州立大学的研究人员发现一种可模拟光合用途的人工材料，有望带来一种可持续的自给自足能源系统。

在近期发表的《物理化学》TheJournalofPhysicalChemistry杂志中，美国佛罗里达州立大学的研究人员化学工程助理教授JoseL.Mendoza-Cortes详细介绍了这种新材料如何有效捕捉阳光，能量如何被分解成氧气（O2）和氢气(H2)。这个过程被称为氧化，和植物利用光分解水和碳水化合物进行光合用途过程相同。

“从理论上讲，这应该是一个自给自足的能量来源，”Mendoza-Cortes表示。“也许在未来，你可以把这种材料放在屋顶，借助于阳光可以把雨水转化成能量来源。”

可持续的自给自足能源系统应该对环境没有负面影响，不会出现二氧化碳和废水。但要建造这样一个系统，目前面对的难题是，如何设计出一种材料，既不会在分解水的过程中生锈，又能捕获能源，还要足够便宜以利于生产。

佛罗里达州立大学化学工程副教授JoseL.Mendoza-Cortes最初用氧化锰开发了一种多层材料，称为层状水钠锰矿（birnessite）。

后来，他和研究团队把水钠锰矿这种多层材料一层层地剥离，当剥离到最后只剩一层时，令人兴奋的事情发生了，水钠锰矿材料捕获光的速度大大提高。从技术层面上讲，水钠锰矿从一种间接带隙材料变成了直接带隙材料。

光能更容易地穿透间接带隙材料而不被吸收。硅是最常见的间接带隙材料，但要想让材料收光性能更加有效，通常是把硅太阳能电池堆积起来，达数百微米厚。假如硅电池厚度太薄，光就会很容易穿过材料不被吸收。

因此更理想的方法是造出一种单层材料，可提高光捕捉量，生产更便利更具性价比。

JoseL.Mendoza-Cortes指出“这就是为何直接带隙材料的发现如此令人兴奋。既便宜高效，而且无需使用大量的材料来收光，节省发电燃料。”
（文/Tina译）