“继电器”提升“人造树叶”光合效率

科学家设计出的“人造树叶”可以模拟光合作用，将水分解成氢气和氧气，供人类使用。

科学家一直致力于探索廉价、环保、高效的能源制造方式，其中最有前景的一种方法就是利用氢制造能源。植物能轻易地利用阳光，并将足够的材料转变为富含能量的分子。科学家因此而设计出的“人造树叶”可以模拟光合作用，以较低的成本和较高的效率利用太阳能将水分解成氢气和氧气，供人类使用。

人造树叶主要由玻璃晶片制成，叶片中排列着微小的水流管道，可使水流到达树叶进行蒸发。整个装置的驱动力源自中枢茎杆，茎杆中有与电路相连的金属片可起到电容器的作用。水流经过树叶时，会与空气中的气泡定期相遇。由于水和空气的电学性能不同，因此，水流和气泡的每次邂逅都会产生些许电流。“人造树叶”也可将光能转化成电能，实现真正“零排放”。

不过，光合作用一般分两步进行：先将太阳能转变成化学能，此过程较快;之后利用化学能将水分解成氧和氢，但这一步反应较慢。由于这两个过程是相继发生的，因此在“人造树叶”进行光合作用时，上述两个过程由于无法很好衔接从而产生逆反应，导致了光合作用的效率较低。

为了解决这个问题，美国亚利桑那州立大学研究人员和阿贡国家实验室合作，仔细研究了大自然进行自然光合作用的过程，近日开发了一种仿生“继电器”用来减缓逆反应的进行，从而提高“人造树叶”光合作用的效率，并使用先进的技术手段在原子水平上对这种仿生“继电器”内部电荷和质子的电磁环境进行了分析，不仅提高了“人造树叶”光合作用效率，也掌握了自然光合作用的特征。相关研究成果发表在Nature Chemistry上。

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作者：刘铮