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中國(guó)科學(xué)家領(lǐng)銜 用液態(tài)金屬造出“人工樹(shù)葉”
人民網(wǎng)北京2月27日電 (記者趙竹青)記者從中國(guó)科學(xué)院獲悉,中國(guó)科學(xué)院金屬研究所沈陽(yáng)材料科學(xué)國(guó)家研究中心劉崗研究團(tuán)隊(duì)與國(guó)內(nèi)外多個(gè)研究團(tuán)隊(duì)合作,通過(guò)液態(tài)金屬新技術(shù),構(gòu)建出一種形神兼?zhèn)涞男滦头律斯す夂铣赡,具有?lèi)似樹(shù)葉的功能,可將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能。該成果近日發(fā)表在《自然·通訊》上。
記者了解到,太陽(yáng)能光催化分解水綠氫制備技術(shù)屬于前沿和顛覆性低碳技術(shù),其走向應(yīng)用的關(guān)鍵是構(gòu)建高效、穩(wěn)定且低成本的太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)半導(dǎo)體光催化材料薄膜(即人工光合成膜,亦稱(chēng)為人工樹(shù)葉)。目前常用的薄膜制備技術(shù)因制備環(huán)境苛刻或成膜質(zhì)量差,難以滿(mǎn)足太陽(yáng)能光催化分解水制氫的實(shí)際應(yīng)用需求。
自然界的植物光合作用可實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能到化學(xué)能的轉(zhuǎn)化,而植物葉子中起光合作用的光系統(tǒng)II和I是以鑲嵌形式存在于葉綠體的類(lèi)囊體膜中,這一特征是自然光合作用能有效運(yùn)行的重要結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。受此啟發(fā),劉崗團(tuán)隊(duì)及合作者共同發(fā)展出一種將半導(dǎo)體顆粒嵌入液態(tài)金屬實(shí)現(xiàn)規(guī);赡さ男录夹g(shù),并構(gòu)建出液態(tài)金屬包裹的新型仿生人工光合成膜。
據(jù)悉,研究人員利用熔融的低溫液態(tài)金屬作為導(dǎo)電集流體和粘結(jié)劑在選定基體上規(guī)模化成膜,結(jié)合輥壓技術(shù)進(jìn)行半導(dǎo)體顆粒的嵌入集成,實(shí)現(xiàn)了半導(dǎo)體顆粒的規(guī);踩。半導(dǎo)體顆粒鑲嵌在液態(tài)金屬導(dǎo)電集流體薄膜中形成了三維立體的強(qiáng)接觸界面,其結(jié)構(gòu)猶如“鵝卵石路面”,使得其不僅具有優(yōu)異的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性還具有十分突出的光生電荷收集能力。
以半導(dǎo)體材料釩酸鉍為例,嵌入式釩酸鉍顆粒的光電極活性相比傳統(tǒng)的非嵌入式釩酸鉍光電極高出2倍,且長(zhǎng)時(shí)連續(xù)工作120小時(shí)幾乎無(wú)活性衰減。光電極從1平方厘米放大至64平方厘米后,單位面積的光電流密度仍可保持約70%,遠(yuǎn)優(yōu)于目前報(bào)道大面積釩酸鉍光電極的活性保持率。此外,該技術(shù)還具有普適性好和原材料易回收等優(yōu)勢(shì)。
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