拥有“人造树叶”不愁缺能源
染料敏化太阳能电池——神奇的人造树叶
２０ 年第 ５ ０７ 期
化
学
教
育
染 料敏 化 太 阳 能 电池—— 神 奇 的 人造 树 叶
李 雪 阳 陈司 汉 薛卫东
（ 四川师 范大学化学与材料科学学院 成都 ６０６） １０ ６
摘要 阐述 了染 料敏 化太 阳 能 电池 的基本 结构 及 其 工作 原 理 ， 且讨 论 了其应 用 发 展 前景 与 并
存 在 的 问题 。
关键 词 染 料敏 化 太 阳能 电池 纳 米 ＴＯ 多孔薄膜 ｉ 染料 敏 化 太 阳能 电池 ［ （ ｅＳｎ ｉｚｄＳ ｌｒ １ Ｄｙ ｅｓ ｉ ｏａ ］ ｔｅ Ｃｌ ， ｅ ｓ简称 ＤＳ Ｃ） 主要 是 指 以染 料 敏 化 多 孔 纳 米 ｌ Ｓ ，
结构 Ｔ Ｏ 薄膜为光 阳极的一类半导体光 电化学 电 ｉｚ 池， 另外 也 有 用 Ｚ Ｏ、 ｎ ｎ Ｓ Ｏｚ等作 为 Ｔｉ Ｏｚ薄膜 替 代 材料的光电化学电池 。它是仿照植物叶绿素光合作 用原理 的一 种太 阳能 电池 ［ 。由于 染料敏 化太 阳能 ２ ］ 电池中使用 了有机染料 ， 其功 能就如 同树叶 中的叶 绿素 ， 在太阳光的照射下 ， 易产生光生电子， 而纳晶
性进 展 Ｌ 。 ４ Ｊ
对 电极 一般使 用铂 电极 或具有 单 电子层 的铂 电 极， 主要 用 于 收 集 电子 ， 可 以 大 大 提 高 Ｉ／。 铂 一Ｉ 一及 负极 电子之 间 电子交换 速度 。
２ ２ 工作原 理 ．
２ 染料敏化太 阳能 电池 的基本结构及
工作 原 理
２ １ 基 本结构 ．
的材料 和功 能介绍 Ｌ Ｊ ６ 。 Ｊ
＊
通讯 联系人 ： 薛卫东（ ９ ３ ）男 ， １ ６一 ， 教授 ， 联系方式 ：ｕｗｄ ０ ８ ６．ｏｎ ｘ ｅ ２ ０ ＠１ ３ｃｌ
人工树叶_替代能源的里程碑
""!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!"!!!!!!!!!"人工树叶替代能源的里程碑事实上，人工树叶是一个技术概念，并不专指某一片叶子。
这种技术主要是模拟真实植物的光合作用原理：用人工材料制成小巧轻薄的片状，浸泡在水中，经过太阳光的照射，水被分解为氧气和氢气，这些气体储存起来可用于发电。
所谓的“叶子”，只是一块高级的太阳能电池。
“要做到像叶子一样进行光合作用，并不意味着我们完全按照树叶来设计人工叶。
”伦敦帝国学院生物学家詹姆斯·巴伯解释说。
他表示，“达·芬奇曾试图设计羽翼可以上下摆动的飞行器。
但最终人类建造出的波音７４７及空中客车３８０与鸟完全不同，它们甚至飞得比鸟更好”。
■本刊综合这恐怕是世界上最为奇怪的树叶了：它没有粗细不等的叶脉，取而代之的是各种电子元件；它也没有心形、扇形或是菱形这样的形状，而是像一张扑克牌那样单薄；甚至于，它连普通树叶常见的颜色都没有，看上去就像一块亮晶晶的遮光板。
但它却能像树叶那样进行光合作用。
今年早些时候，美国麻省理工学院的丹尼尔·诺切拉博士曾公布了自己团队研发的人工树叶。
在众人的瞩目下，一片人工树叶被放入3.7升水中，在阳光下迅速地产生了相当于一个发展中国家的家庭一天的能源需求。
而这片叶子的一个令人欣喜的特点是其实用性，由于所用材料价格低廉，未来它有可能成为超市货架上的商品。
这个发明迅速引起了科学界乃至世界各国主流媒体的关注———它被认为是人类寻找替代能源的征程中一个里程碑式的发明，甚至有人认为这片小小的“树叶”可能将彻底解决未来的能源和与之相关的环境问题。
INVENTION &INNOVATION丹尼尔·诺切拉研制的人工树叶就不以任何自然界中的树叶为原型。
这位化学家、能源学家一直致力于这项在美国被称为“人工模拟光合作用”的研究。
２００７年丹尼尔·诺切拉因声称更好地理解了光合作用而受到广泛关注。
“人造树叶”——利用太阳能的好帮手
的效率大约是 自然树叶的１ 倍 ，而且可以乐观 ０ 地预测 ，将来人造树叶 的光合效率将更高。一
▲ 美国科 学家丹尼尔・ 诺切 拉
▲ 新一代 ‘ 造树 叶” 人 （ 太阳能电池
‘ 树 ”—用 阳 的 帮 墨 人 叶— 利 太 能 好 手Ｅ 造
直 以来 ，光合 作 用 是 以 天然 的 方式 进 行并 为 自
即便如 此 ，人们仍然可 以看 到这一发 明在未 来发展 的广 阔前景 。正 如前面所言 ，这一发 明的
核 心在于将 电能高效地 以氢能 的形 式储 存起来。 因此 ，其 电力的来源也将 不会仅局 限于 太阳能 电
池 ，也可 以是风能 、地热 能、核能 ，甚至 化石燃 料的化学 能等。 比如说 ，很多人参观风 力发 电厂 时会奇怪 为什么有 些风机 并不运转 ，这并不是 因
将储 存的化学 能转化 为电能。 中国科学 家也在进行 这项研 究。２ １ 年 ，上 ０ ０
界早 已运行 上亿年 的树 叶的全部功 能 ，它仅仅模
仿 了树 叶中光 系统 ｌ Ｉ 中的局部功 能 其次 ，它 的
海交通大学金 属基复合材 料 国家重 点实验室 的科
学家们将人造 树叶 的技 术发布在 当年的美 国科 学
片叶子贴上 了 “ 中国制造 ”的标 签。遗憾 的是 ， 这一成果 没有进入 实用 领域 ，不是 因为造价 太 昂 贵 ，就是 因为不稳定 易锈蚀 。但现在 ，诺切拉 最 新发布 的这片 叶子部分地解决 了这些问题 。 据 报道 ，诺切 拉所在 的实验 室 已经与 印度 的 塔塔 集 团达成 了合作 协议。 “ Ｕ０ 年年底 ，我 ￣２ １ １ 们 将可能在 印度拥有基地 。 ”虽然诺 切拉并 不打
为我们有 太多 的电力了 ，而是 因为 电网无法承受 这些 多出来 的 电力 。据 报道 ，由于 无处储 存 ，仅
科学家发明能将水变成氢能源的＂人造树叶＂
研 究 首次 拍 到原 子在 分 子 内运 动 照 片
罗马尼 亚 Ｏｈ ｉ ｏ大学和 Ｋａ ｎ ｓ ａ ｎ大学 的一 组 研 究 人 员， 包括
因此这种材料有望用于工业上捕捉二氧化碳 ， 减少碳排放 。
上 报告 说 ， 他 们 研发 出一 种名为 ＮＯＴ Ｔ － ２ ０ ２ ａ 的新 材 料。 它 的
研究人员对新吸油物质在环境 方面的应用寄予厚望， 他们
将 开发 生 产 大 型 片状 吸 油物 质 的 方 法 以便 将 其 用 于 海 上 漏 油
的收集。同时， 他们 也打算利 用新物质制造效率更 高和重量更
轻 的 电池 ， 也 可将 其 作 为骨 组 织 再 生 的支 架 或 过 滤 膜 ， 甚至 通 过将 高 分 子 注 入 新 物 质 的途 径 为汽 车 和 飞机 工业 制 造 先 进 的
罗马尼亚博士后研究员Ｃｏ ｓ ｍｉ ｎ Ｂ ｌ ａ ｇ ａ 先生， 首次拍摄到 了两张
研 究人 员表示， 多 层碳 纳米管通过化学气相沉积 法在基底 上 生长， 通常彼此不会相连 。 但是， 添加进的硼 作为掺杂物质 导致 纳米管在原子水平相连 ， 让其形成了复杂的网状 结构。过 去， 人 们曾研发 出具有 吸油潜力的纳米海绵状物质 ， 但 是纳米
管之 间 以共 价 键 相 连 构 成 纳 米吸 油 物质 还是 首 次被 发 现 。
究人员日前表 示， 他们发现 ， 生产碳纳米管时在碳 中添加 少量 的硼 ， 能够获得 固态、海绵状且可重复使 用的亲油块状物质， 它具有极 强的吸油能力， 有望用于水 面漏油的清理。
这是科 学家首次将硼 添加在 纳米管中形成共价键 结构且 具 有极 强特性的纳米 海绵状 物质。两所大学科学 家在研 究过 程 中与美国其他 大学以及西班 牙、比利时和 日本的科 学家开展
“人工树叶”：利用太阳能的好帮手
“人工树叶”：利用太阳能的好帮手作者：赵华来源：《石油知识》 2013年第5期在许多科学家的眼中，树叶是利用太阳能的“高手”。
如果能人工造出“树叶”，能源问题或许就能得到根本性解决。
科学家们已研制出一种扑克牌大小的人造树叶，它可以模拟光合作用，将阳光和水转化为能量，从而将你家变成一个小小的发电站，也许贫困家庭也能很快能用上“人工树叶”发的电了。
几十年来，研制“人工树叶”一直是科学家们神圣的终极奋斗目标之一。
十多年前，美国国家可再生能源实验室的约翰·特纳，发明了第一片“人工树叶”。
不过，该装置由贵重的金属材料制成，且性能非常不稳定，因此未得到广泛应用。
自“人造树叶”概念提出以来，科学家一直对其寄予厚望，希望它最终能带来一种廉价的自控制系统，为发展中国家的数十亿人口提供电力。
2011年８月，这项研究终于有了新进展。
美国科学家丹尼尔·诺切拉在第241届美国化学学会的年会上宣布了其研究小组的最新进展——一种廉价高效的“人工树叶”。
他在报告中说：“将一加仑水和人造树叶放置在阳光下，可以提供发展中国家一个家庭一天的基本用电。
”这种人工树叶原型，可以持续进行光合作用达45小时。
该装置形状像扑克牌，但比扑克牌要薄。
你只需要将它放入水中，置于阳光下，它便可以将水分解为氢气和氧气，并将这两种气体存储在燃料电池中，以此发电。
一加仑的水（约合3.78升）生成的电量足够满足一间房子整天的电力需求。
诺切拉说：不久的将来，印度和非洲的贫困村庄都将买得起应用这种技术的电力装置。
这个发明引起了科学界乃至世界各国主流媒体的关注。
它被认为是人类寻找替代能源的征程中一个里程碑式的发明，甚至有人认为这片小小的“树叶”可能将彻底解决未来的能源和与之相关的环境问题。
“人工树叶”通过一种化学催化材料，利用镍和钴，在阳光照耀下进行“半光合作用”，将水高效地分解为氧气、质子、电子；产生的质子与电子可以结合，生成氢气，提供一种清洁的能源。
“人造树”造福人类
“人造树”造福人类作者：王珀来源：《百科知识》2011年第16期近年来，“人造树”的研制在许多国家纷纷兴起。
这种由人工制造的、具有类似树木形状或功能的设施，种类很多并具有不同特性，为改善人类的生存环境默默地做出贡献。
“充电树”提供能源韩国有一位名叫金俊西的研究人员，在一次到沙滩游玩的时候，发现自己随身携带的手机和数码相机都没电了。
周边没有可以充电的地方，但沙滩上烈日炎炎，阳光十分充足,要是能利用太阳能该有多好!这使金俊西茅塞顿开，很快他就开发出一款可以为随身小电器充电的便携式“充电树”。
这种“充电树”净重3千克，高度为1米左右，若是折叠起来长度只有20厘米。
它的外观时尚，灵巧轻便，非常便于携带。
这种人造树的“树冠”是一块圆形的电池板，“树干”是装有电线的合金空心杆。
每根杆上有3个充电接口，输出220伏的电压，可以同时为3个小电器充电。
在外面旅游或野外考察时，携带一棵太阳能“充电树”，就能随时为笔记本电脑、数码相机、音乐播放器、手机等电器充电。
当然，也可以把这种太阳能“充电树”放在居室阳台上，为房间里的小型家用电器提供绿色能源。
这种“充电树”虽然具有令人称赞的功能，但和真正的树木相比还是有一定区别的。
于是，科学家便在研制具有树叶功能的部件上下功夫，以便制成和真正树木相近似的人造树。
世界上第一片人造树叶早在十多年前就已经问世。
但是，这种需要用昂贵稀有金属制成的“树叶”，不仅性能不稳定，而且寿命短暂，使用不到一天就无法继续工作了，实用价值十分有限。
现在传来了好消息，美国麻省理工学院研究人员终于研制出具有实用价值的人造树叶。
它由硅材料和电子元件制成，在充分吸收太阳光之后，可以将水分解成氢气和氧气；然后再把氢气和氧气输送到一个分立的燃料电池里进行储藏，并在这里发生化学反应输出电力。
研究人员采用基于镍和钴的高效催化剂，可以使人造树叶在常规环境下进行光合作用的效率超过自然叶片的10倍。
大小如扑克牌但更薄一些的人造树叶，连续工作45小时性能一直保持稳定。
印度科学家研制一种可将CO2转化为能源的人造树叶
［４］ 阮迟，冯小兵，胡满生，等．低 铂 脱 乙 基 型 Ｃ８芳 烃 异 构 化 催 化 剂 的 工 业 应 用 ［Ｊ］．石 油 炼 制 与 化 工 ，２０１３，４５（２）：６４６８
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简 讯
印度科学家研制一种可将 犆犗２转 化 为 能 源 的 人 造 树 叶
印度科学院的研究人员找到了一种利用二氧化碳生产 能 源 的 方 法 ，即 利 用 阳 光 、硫 酸 铜 铝 和 硫 化 锌 ，能 将 碳 酸 盐 转
化成燃料。根据 ＣｒａｚｙＥｎｇｉｎｅｅｒｓ公司介绍，研究人员模仿植 物叶子的光 合 作 用，利 用 二 氧 化 碳 和 光 生 产 能 源 和 氧。他 们寻找了各种 能 够 高 效 模 仿 光 合 作 用 的 元 素，最 终 发 现 硫 酸铜铝和硫化锌可 行。这 些 元 素 都 有 导 电 性、生 物 适 应 性， 并且廉价，其能量转化率高达２０％，而天然树叶的能 量 转 化 率仅为１％。通过这种方法，研究人员还可利用循环排放 的 二氧化碳合成基于硫酸盐的能完全燃烧的生物燃料。
［１３］ 赵仁殿，金彰礼，陶 志 华，等．芳 烃 工 学 ［Ｍ］．北 京：化 学 工 业 出 版 社 ，２００１：１５８
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ＺｈｏｕＺｈｅｎｈｕａｎ１，ＪｉａｏＺｈａｎｇｄｉ２，ＹａｎｇＺｈｅｎｙｕ２，ＫａｎｇＣｈｅｎｇｌｉｎ１
神奇的人造树叶
神奇的人造树叶作者：李忠东来源：《科学大众（中学）》2015年第09期获取安全燃料从树叶里发生的一种化学变化受到启发，美国加州理工学院的科学家们开发出一种新的氧化镍导电薄膜。
它复制自然界中植物利用阳光将水、二氧化碳转化成氧气和碳水化合物类燃料的过程，构建了一个安全、高效的人工光合作用系统，俗称“人工树叶”。
通过这种导电薄膜，可以解决利用阳光将水分解成氢燃料中出现的问题。
例如，硅这种半导体在导电过程中极易氧化生锈，在加入氧化镍薄膜就能够起到防止生锈的作用，与此同时促进阳光的分解作用，获得更多的像甲烷或者氢这样的燃料。
？？？“人工树叶”是加州理工大学人工光合作用联合中心（JCAP）开发的，由光阳极、光阴极和薄膜三个主要的部分组成。
其中光阳极利用阳光氧化水分子产生氧气、质子和电子；光阴极利用光阳极产生的质子和电子合成氢气；用塑料制成的薄膜可将这两种气体隔开，以防止任何可能性的爆炸。
然后在一定的压力作用下，这些气体会被压入管道收集起来。
加州理工学院化学教授奈特？路易斯是JCAP的科学带头人，他曾经用硅或者砷化镓这类用在太阳能电池板上能够吸收光的普通半导体来制作电极，然而这些材料碰到水容易氧化，也就是生锈。
后来他和其他科学家尝试在这些电极上加一层保护膜，但均告失败。
因为理想的保护膜要求很高，要与它所覆盖的半导体能在化学上相容，不透水，能导电，保证透光，容易被催化产生反应，释放氧和燃料。
而路易斯团队这次研制的氧化镍薄膜完全符合上述各项要求，是一项重大的飞跃。
它可以用在包括硅、磷化铟、碲化镉在内的多种半导体材料上。
尤其在保护光阳极上，氧化镍薄膜的优越性能远远超过了其他类似的保护膜。
制作氧化镍薄膜新技术需要将粉碎的氩原子在富氧环境下放入高速转动的镍原子颗粒中。
在这个过程中，从氩原子中溅射下来镍原子碎片与氧原子发生反应，生成一种镍的氧化物，沉淀在半导体上形成了保护膜。
最关键的是这种新型的氧化镍薄膜能够很好地配合另外一张重要的膜，这张膜负责将释放氢气的光阳极与释放氧气的光阴极隔开，互不干涉。
漂浮的人造树叶 可将二氧化碳转化为燃料
漂浮的人造树叶可将二氧化碳转化为燃料这种新的人造叶子足够轻，可以漂浮在水面上，它可以吸收阳光和空气中的二氧化碳，并利用下面的水来生产燃料。
剑桥大学的研究人员在一条河上测试了他们100平方厘米的人造树叶装置。
根据所用催化剂的不同，该装置要么将水分解生成氢燃料，要么将二氧化碳转化为合成气，即一氧化碳和氢的混合物，用于制造甲醇等其他燃料。
研究人员表示，这些设备可以批量部署在咸水池塘、运河和海上，以避免与土地使用竞争。
剑桥大学化学研究员Virgil Andrei说：“我们正在尝试用一种集成的、简单的设备来模拟自然，这种设备可以利用水。
”他领导了这项研究，并在《自然》杂志上发表了这项报告。
他说：“我们的设备不仅可以像天然叶子一样工作，而且还具有叶子的灵活、轻量特性。
”多年来，科学家一直试图复制植物的光合能量生产能力。
最终目标是人造叶子：一种被动装置，使用光伏材料收集阳光，然后在催化剂的帮助下将二氧化碳转化为燃料。
自2011年哈佛大学的研究人员报告了第一片水分解人工叶子以来，许多团队一直在研究类似的技术，以减少二氧化碳，从而制造燃料、肥料和其他化学品。
据了解，二氧化碳还原比分解水复杂得多，需要催化剂和反应参数的正确组合。
2019年，Andrei，化学教授Erwin Reisner和他们的同事报告了第一个可以制造合成气的人造叶子。
他们使用钙钛矿光吸收剂和铂或钴催化剂进行反应。
铂催化剂在阳光下将水分解成氧和氢，而钴则会将二氧化碳和水还原成合成气。
但他们的设备，以及迄今为止报道的大多数其他设备，往往是仅在实验室环境中测试的小型原型。
剑桥团队为他们的新工作考虑了升级和商业化范畴。
“我们认为，如果我们想将这项技术推向商业化，我们真的需要重新设计设备结构，”Andrei说，“一个想法是缩小设备。
”因此，研究小组用薄导电塑料基板取代了之前使用的厚玻璃基板。
他们用钙钛矿、导电金属氧化物和聚合物以及钴或铂催化剂的层来覆盖它们，每层厚度为几微米。
人造树叶的工作原理
人造树叶的工作原理一、引言随着人类社会的发展，对能源的需求不断增加。
然而，传统的能源供应方式不仅对环境造成了严重的影响，而且其储量也在逐渐减少。
因此，开发新型的可再生能源成为了当今世界的热门课题。
人造树叶是一种新型的能源转换设备，它能够将太阳能转化为电能，并且具有高效、环保、可持续等优点。
本文将详细介绍人造树叶的工作原理，包括光合作用、电子传递、催化剂、能量收集、生物相容性、微型化、可重复使用等方面。
二、光合作用光合作用是植物利用太阳能将二氧化碳和水转化为有机物质的过程。
人造树叶的光合作用与之类似，通过光合色素吸收太阳光能，并将其转化为化学能储存起来。
光合色素是由叶绿素、胡萝卜素等组成的复合物，它们能够吸收特定波长的光，并将其转化为能量。
三、电子传递在光合作用过程中，电子从叶绿素分子传递到醌分子，再传递到催化剂上，最终传递到电极上。
这个过程是由一系列电子传递链完成的，每个传递链上的分子都能将电子从上一个分子传递到下一个分子。
这种传递过程使得电子最终到达电极上，从而产生电流。
四、催化剂催化剂在人造树叶中起着关键作用。
它能够加速光合作用的反应速率，提高能量转换效率。
常用的催化剂是铂、镍等贵金属，也可以是一些非金属材料。
催化剂的作用是通过降低反应活化能，增加反应速率，从而提高能量转换效率。
五、能量收集人造树叶通过收集光合作用产生的能量，将其转化为电能。
这个过程是通过光电效应实现的。
当光照射到光合色素上时，电子从光合色素中获得能量并被激发到高能态，随后电子通过电子传递链传递到电极上，形成电流。
这个过程就是光电效应。
六、生物相容性人造树叶在生物相容性方面具有很大的优势。
它可以植入人体或动物体内，不会引起免疫反应或其他不良反应。
这是因为它使用的材料都是生物相容性的，如聚合物、陶瓷等。
此外，人造树叶还可以通过生物降解的方式进行回收再利用，从而降低了对环境的影响。
七、微型化为了方便实际应用，人造树叶需要进行微型化设计。
英研发“人工树叶”生产清洁燃气
2020养猪SWINE PRODUCTION(1)10d，才能取得良好的效果。
同时要做到连续用药，不能病情好转就停药，否则易复发，且复发后再治疗会十分困难。
（5）弓形虫病和蓝耳病、链球菌病、猪肺疫等都表现出高热、呼吸困难、肺脏出血等，在临床症状、剖检病理变化等方面十分相似之处，生产中经常出现误诊，不能及时采取有针对性的措施而贻误病情，造成较大的伤亡。
因此、猪场出现疫情时，应及时到专业机构进行实验室检测，尽早确定发病原因，采取相关措施，减少发病和死亡。
参考文献[1]赵德明，张中秋，沈建忠，等译.猪病学[M].第8版.北京：中国农业大学出版社，2000：205-235.[2]宣长和，任凤兰，孙福先.猪病学[M].北京：中国农业科技出版社，1996：448-452.[3]周海范，夏平安，崔保安，等.猪繁殖与呼吸综合征病毒河南分离株ORF5基因的克隆与变异分析[J].中国兽医学报，2007，27（6）：810-813.[4]焦文强，白献晓，徐引弟，等.华北地区猪繁殖与呼吸综合征病毒变异分析[J].河南农业科学，2017，46（10）：128-131. [5]王金凤.河北省2007—2011年猪繁殖与呼吸综合征病毒的分子流行病学调查[D].保定：河北农业大学，2011. [6]郭宝清，陈章水，刘文兴，等.从疑似PRRS流产胎儿分离PRRSV的研究[J].中国畜禽传染病，1996（2）：1-4. [7]郭振华，乔松林.规模化猪场猪繁殖与呼吸综合征防控体会[J].中国猪业，2016（5）：43-46.[8]刘学军.猪弓形虫病与传染性胸膜肺炎混合感染的诊治[J].福建畜牧兽医，2017，39（2）：44-45.[9]郎利敏，王克领，张立宪，等.一例猪弓形虫病的诊治与体会[J].养猪，2013（2）：93-94.[10]张玲娟.猪弓形虫病的诊断与治疗[J].中国畜禽种业，2016（2）：105-106.（编辑：柳青）英研发“人工树叶”生产清洁燃气【美国每日科学网站10月21日报道】题：“人工树叶”成功产生清洁燃气目前广泛使用的由化石燃料产生的燃气可以由一种“人造树叶”来制造，这种人造树叶只使用阳光、二氧化碳和水，并且最终可用于开发一种可替代汽油的环保液体燃料。
“人造树叶”不愁缺能源
“人造树叶”不愁缺能源
佚名
【期刊名称】《发明与创新（中学时代）》
【年(卷),期】2015(000)006
【总页数】1页(P59-59)
【正文语种】中文
美国哈佛大学艺术与科学学院、哈佛医学院和威斯生物工程研究所受树叶的启发，创造出一种利用细菌将太阳能转化为液体燃料的“人造树叶”系统，借助催化剂使阳光将水分解为氢气和氧气，设计一种细菌将二氧化碳加氢转化为液体燃料异丙醇。
在人造树叶两面分别产生氢气和氧气的薄膜中间夹着日光收集器。
将人工树叶放入阳光照射下的水中，人造树叶周围会产生气泡，释放出的氢气能让燃料电池产生电力。
这些能自给自足的廉价供能单位，对需要电力的偏远地区和发展中国家很有吸引力，但遗憾的是，迄今为止的设计都依赖于像铂那样昂贵的金属和高成本的制造工艺。
小编趣评：
希望科学家们早日研发出廉价的技术，造福人类！。
“人造树叶”将二氧化碳转化为液体燃料
新38视点·前沿科技“人造树叶”将二氧化碳转化为液体燃料文·图/肖优明近年来，世界面临着能源紧缺和环境污染两大难题。
人类工业文明对煤炭和石油等化石能源的需求日益增大，致使这些资源日渐枯竭。
与此同时，化石能源的使用引起气候变暖和环境污染，严重威胁人们的生存。
因此，寻求高效清洁的可再生能源成为世界的共同课题。
转化率达10.6%光合作用的核心是用光驱动将水分子裂解为氧气、氢离子和电子，向地球上所有复杂的生命提供能量和氧气。
依靠这种关键的反应，绿色植物实现了地球上最成功的光转化机制，原初光能转换过程的量子效率几乎是100%。
为此，研究人员仿效大自然光合作用这种标准而高效的光转化作用模式，开发出人工光合作用技术。
利用纳米大小的光感应材料将光能转换成电能，由此产生氧化还原酶反应。
在美国能源部的资助下，美国哈佛大学能源科学教授丹尼尔·诺塞拉博士及其团队2015年研制出新一代“人造树叶”。
这是一种能将太阳光、二氧化碳和水转化为液体燃料（尤其是燃料酒精）的新型系统，研究结果2016年6月发表于知名学术期刊《科学》。
“人造树叶”既可以使用纯净的二氧化碳气体，也能够直接利用空气中的二氧化碳。
意味着该系统为“碳中性”，不会向大气中排放温室气体。
诺塞拉被誉为“人工光合作用先驱”。
他在芝加哥能源政策机构的演讲中表示：“我们通过分离水中的氢气以及细菌呼吸的二氧化碳，获取到异丙醇、异丁醇和异戊醇，这些是可以直接燃烧的酒精燃料。
”人工光合作用技术是一种利用光能生成精密化学物质的技术，有望成为绿色生物工程研发的开端，凭借该技术能够利用太阳能生产具有高附加值的各种精密产品。
诺塞拉团队使用自然界绿色植物相同的原料（太阳能、水和二氧化碳），生产出高能量密度液体燃料。
设计的系统使用两种催化剂将水分解为氧气和氢气，然后将氢气连同二氧化碳一同输入菌室。
菌室中经过基因工程改造的特殊细菌（以下简称“基改细菌”）会把二氧化碳和氢气转化为液体燃料。
剑桥大学开发人造树叶装置制取清洁燃料
剑桥大学开发人造树叶装置制取清洁燃料
佚名
【期刊名称】《石油炼制与化工》
【年(卷),期】2022(53)11
【摘要】受光合作用--植物将阳光转化为有机物这一过程的启发,剑桥大学的研究人员设计了一种超薄、柔性装置,可以用来产生可持续的汽油替代品。
由于这种低成本的自动装置很轻,可漂浮于水面,而不需要占用陆地空间。
在剑河附近对这种轻质人造树叶进行的户外测试表明,它们可以像植物叶子一样有效地将阳光转化为燃料。
这种在水中生产清洁燃料的装置尚属首次出现,如果规模化生产,人造树叶可以在受污染的水道、港口甚至海上使用,有助于减少全球航运业对化石燃料的依赖。
研究结果发表在《Nature》杂志上。
【总页数】1页(P23-23)
【正文语种】中文
【中图分类】G63
【相关文献】
1.一种利用湿牛粪制取的清洁生物质燃料及其制备方法
2.从阳光获取燃料的“人造树叶”
3.拥有“人造树叶”不愁缺能源细菌将太阳能转化为液体燃料
4.剑桥大学开发出高强度人造蛛丝纤维
5.AM综述:碱性水裂解制取清洁经济的氢燃料,过去、最近的进展和未来的展望
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人造树叶的工作原理
人造树叶的工作原理人造树叶是一种模仿自然光合作用原理的人工合成材料，其工作原理主要是利用光能转化为化学能，进而产生类似植物光合作用的过程。
人造树叶的出现为解决能源危机、改善环境问题提供了新的思路和解决方案。
下面将从光合作用原理、人造树叶材料组成及工作原理等方面进行详细介绍。
光合作用是植物利用阳光能量、水和二氧化碳，在叶绿体中进行的一种重要的生物化学反应。
光合作用的基本公式可以表示为：6CO2 + 6H2O + 光能→ C6H12O6 + 6O2。
这意味着植物在光合作用过程中吸收了二氧化碳和水，利用光能合成了葡萄糖，同时释放出氧气。
而光合作用的能量转化效率非常高，是太阳能的一种重要利用方式。
人造树叶就是利用了这种光合作用的原理，模仿植物将光能转化为化学能的过程。
人造树叶的材料组成主要包括光敏染料、半导体材料和电解质材料。
光敏染料是人造树叶的关键组成部分，它具有吸收太阳光的能力，并且能够将光能转化为电能。
光敏染料通常是一些有机分子或者聚合物，它们的分子结构能够在光照条件下发生变化，从而产生电荷分离的效应。
半导体材料则用于传导光敏染料中产生的电荷，一般采用二氧化钛等材料。
电解质材料一般用于分隔电荷、促进电子和阳离子传输，常使用的是一些可溶于水的盐类物质。
这些材料共同构成了人造树叶的基本结构，实现了光能向化学能的高效转化。
人造树叶的工作原理主要包括光吸收、电荷分离和电荷传输等过程。
首先是光敏染料吸收阳光中的光能，这些光能使得光敏染料的分子结构发生变化，产生了电子-空穴对。
这些电子-空穴对的产生就是光合成过程中的电荷分离过程，其中电子被转移到半导体材料中，而空穴则留在光敏染料中。
接下来，半导体材料起到了导电的作用，将电子传输到电极上，而光敏染料中的空穴则向电解质中移动。
电解质中的阳离子和电子结合，生成了氧气和水，实现了最终的电子流转化为化学能。
在实际应用中，人造树叶可以用于制备太阳能电池或者光催化反应器，将太阳能转化为电能或者化学能。
人造树叶实现太阳能转换
人造树叶实现太阳能转换众所周之，太阳光中蕴藏着巨大的能量，并且太阳能是不会产生温室气体污染的清洁能源，但是由于在晚间或阴雨天气下没有直接的太阳照射，需要借助太阳能板将晴天的太阳能储存起来。
这种储存技术目前来说成本过高，效率过低，严重阻碍了太阳能大规模取代化石类燃料的进程，因此，提高现有太阳能储存技术是太阳能发展的关键。
一场生动的展示在美国麻省理工学院礼堂内，坐满了科学家和美国政府部门负责能源问题的官员。
讲台上，麻省理工学院化学系教授丹尼尔·罗塞拉正在通过视频展示他的最新研究成果，礼堂的灯光调得很暗，水槽内浸着一块条状材料，材料周围不断有大量气泡冒出。
丹尼尔正在激动地说明：“这些气泡就是水槽中的水分解后产生的氧气，这个装置代表了我们的未来，我们已经获得了人造树叶，像真正绿色植物的树叶一样通过光合作用将太阳光中的能源充分利用，转化为我们需要的能量。
”实际上，丹尼尔教授展示的正是利用光合作用原理将水分解成氧气和氢气的化学反应装置，由于丹尼尔教授成功研发出一种催化剂，利用这种催化剂，水分解的化学反应首次可以在常温下进行，从而克服了利用水制成氢气这一重要反应中最困难的一个难题。
这个成果的重要意义更在于，利用太阳能发电的主要障碍将被克服，太阳能可能取代石油成为最主要的能源。
在丹尼尔的研究中，太阳光照射下，水分解成氢气，而氢气是一种用途多样容易储存的燃料，可以密封在内燃机内，也可以与燃料电池中的氧气重新结合，更重要的是，如果该设想用在海水中，太阳能不仅能分解海水产生电能，更能使得分解后的氢气与氧气重新结合而形成宝贵的淡水。
模拟光合作用储存太阳能的技术早在上世纪70年代初就进入了科学家的视线。
几十年来，研究人员一直在尝试复制绿色植物分解水的方式。
利用化学方式，科学家早已能够完成水的分解反应，但这些化学反应条件非常苛刻，温度很高，溶液具有腐蚀性很强的碱性，而且催化剂需要用到铂等稀有而昂贵的化合物。
丹尼尔的设计就像光合作用一样，分解水的反应在室温下就可进行，溶液也没有腐蚀性，更重要的是催化剂非常便宜，可以很容易地得到氢气和氧气。
印度科学家研制一种可将CO_2转化为能源的人造树叶
印度科学家研制一种可将CO_2转化为能源的人造树叶
靳爱民(摘译)
【期刊名称】《石油炼制与化工》
【年(卷),期】2018(49)10
【摘要】印度科学院的研究人员找到了一种利用二氧化碳生产能源的方法，即利用阳光、硫酸铜铝和硫化锌，能将碳酸盐转化成燃料。
根据Crazy Engineers公司介绍，研究人员模仿植物叶子的光合作用，利用二氧化碳和光生产能源和氧。
他们寻找了各种能够高效模仿光合作用的元素，最终发现硫酸铜铝和硫化锌可行。
这些元素都有导电性、生物适应性，并且廉价，其能量转化率高达20%，而天然树叶的能量转化率仅为1%。
通过这种方法，研究人员还可利用循环排放的二氧化碳合成基于硫酸盐的能完全燃烧的生物燃料。
【总页数】1页(P78-78)
【关键词】能源;树叶;转化;印度;CO2;科学家;二氧化碳;人造;
【作者】靳爱民(摘译)
【作者单位】不详
【正文语种】中文
【中图分类】TQ116.3
【相关文献】
1.美科学家研制成功人工树叶能将光子转化为能源 [J],
2.可将CO_2转化为甲醇的新型高活性催化剂 [J], 靳爱民
3.日本科学家开发出可将CO_2转化为CO的新型复合光催化剂 [J], 杨金鹏
4.科学家研制人造树叶可用于生产廉价环保能源 [J],
5.新的一锅法可将CO_2转化为聚碳酸酯共聚物 [J], Greencarcongress
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[高分子材料] 上海交通大学研究人员3D打印出“人造树叶”：二氧化碳高效转化成清洁燃料
![[高分子材料] 上海交通大学研究人员3D打印出“人造树叶”：二氧化碳高效转化成清洁燃料](https://img.taocdn.com/s3/m/6b9fad6d89eb172dec63b765.png)
AHAHAGAHAGAGGAGAGGAFFFFAFAF 上海交通大学研究人员3D打印出“人造树叶”：二氧化碳高效转化成清洁燃料【导读】：上海交通大学范同祥教授带领的课题组采用杭州捷诺飞生物科技股份有限公司自主研发的生物3D 打印机，制备的“人造树叶”具有从纳米级到厘米级的内部孔洞和超高的比表面积，极大地提升了人工光合作用的转化效率，在清洁能源领域有着巨大的应用潜力。
一目前人类所使用的能源主要来源于不可再生化石燃料。
近年来，化石燃料能源的过度消耗，由此带来的能源枯竭危机和温室效应等问题，使得新型清洁能源的开发利用成为刻不容缓的需求。
自然界植物天然的光合作用，利用太阳光能，将空气中的二氧化碳还原为有机物，具有很高的光能利用率。
受这其启发，科学研究者一直在尝试模仿这种植物行为来生产新能源。
人们发现，在一定波段光照下，钛基催化材料等光催化剂能够将二氧化碳和水催化还原为一氧化碳与甲烷等燃料，并由此开发出了“人工光合作用”。
不过，要利用这类钛基光催化剂生产清洁能源，还存在许多困难。
较为重要的一个问题是，传统粉末状催化剂不利于二氧化碳吸收与扩散，使其催化作用难以得到最大发挥。
研究者对这类催化剂进行了多种结构上的优化，希望赋予催化剂更加有利于气体吸收和转化的三维结构。
不过，要按照人们的需求，精确制备外部形状与内部结构可控的催化剂，采用传统手段依然极难实现。
生物3D打印技术为解决催化剂制备问题提供了有效手段。
二最近，上海交通大学材料科学与工程学院教授范同祥研究团队模仿天然叶片结构，创造性地将钛基催化剂打印成“人造树叶”形状，使其具有利于二氧化碳吸收和扩散的多尺度内部结构。
范同祥教授带领的课题组采用杭州捷诺飞生物科技股份有限公司自主研发的生物3D打印机AHAHAGAHAGAGGAGAGGAFFFFAFAF（“Bioprinter”），制备的“人造树叶”具有从纳米级到厘米级的内部孔洞和超高的比表面积，极大地提升了人工光合作用的转化效率。
光合作用吸收氧气释放二氧化碳拓展资源-科学家发明能将水变成氢能源的“人造树叶”
科学家发明能将水变成氢能源的“人造树叶”
据国外媒体报道，科学家近日研发出了第一款实用的人工树叶，可在光照下将水变成氢能源和氧气。
该树叶模拟光合作用过程中的绿色植物，把水和阳光转化成能量，这一科研成果对生产可持续能源具有里程碑的意义。
相关研究报告发表在了最新一期的《化学研究述评》杂志上。
新设备不像早期的设备那样使用昂贵的材料，而是由廉价材料制成，并采用了低成本的工程设计和制造流程。
该研究团队的负责人丹尼尔·G·诺塞拉介绍说：“其中最重要的就是水分解成氢气和氧气的过程。
”这款人工树叶有一个太阳光收集器，夹在两片薄膜之间，这两片薄膜会生成氧气和氢气。
浸入一瓶水中，在阳光的照射下，它就会冒泡，释放出氢气，可用于燃料电池进行发电。
这些自给的装置可以制成电力燃料，对于偏僻地方和发展中国家有很大的吸引力。
诺塞拉指出，人工树叶应验了一位意大利著名化学家的设想，这位化学家在1912年就预言，科学家总有一天会揭开“植物的深奥秘密”。
人造“树叶”
刚开始的设计要依靠一些贵金属，比如铂，也依靠一些制造工艺，这就使人造树叶的成本过高。
为了使这些设备可以得到更广泛的使用，诺塞拉使用不太昂贵的镍钼锌化合物取代了铂催化剂。
在叶片的另一面，钴薄膜会产生氧气。
诺塞拉指出，所有这些材料在地球上都是丰富的，不像稀有昂贵的铂金，以及贵金属氧化物和半导体材料，这都是其他人使用过的。
他说：“到本世纪中叶，将会有约60亿非传统用户带来能源需求的巨大增长，因此，一项研究目标就是把太阳能提供给贫穷的地区，人工树叶等发明将会给全球社会提供一条最直接的途径，迈向可持续能源的未来。
”。