中国科学家成功构建“人工树叶” 可实现太阳能到化学能的转化

记者今天从中国科学院金属研究所获悉，该所沈阳材料科学国家研究中心研究员刘岗研究团队与中外多个团队合作，最新研发出将半导体颗粒嵌入液态金属实现规模化成膜的新技术，并以此为基础成功构建出形神兼备的新型仿生人工光合成膜——因其具有类似树叶的功能而被形象称为“人工树叶”，可实现太阳能到化学能的转化。这一研究成果论文在国际学术期刊《自然-通讯》上发表。

自然界的植物光合作用可实现太阳能到化学能的转化，如何模仿这一过程来实现太阳能的转化利用和产业化，长期以来备受关注。目前，常用的人工光合成薄膜制备技术因制备环境苛刻或成膜质量差，难以满足太阳能光催化分解水制氢的实际应用需求。

论文通讯作者刘岗介绍，在自然界，植物光合作用实现太阳能到化学能的转化过程中，植物叶子中起光合作用的光系统II和光系统I，是以镶嵌形式存在于叶绿体的类囊体膜中，这一特征是自然光合作用能有效运行的重要结构基础。

受此启发，研究团队利用熔融的低温液态金属作为导电集流体和粘结剂在选定基体上规模化成膜，结合辊压技术进行半导体颗粒的嵌入集成，实现了半导体颗粒的规模化植入。

刘岗说，半导体颗粒镶嵌在液态金属导电集流体薄膜中形成三维立体的强接触界面，其结构犹如“鹅卵石路面”，使得其不仅具有优异的结构稳定性还具有十分突出的光生电荷收集能力。同时将产氧和产氢光催化材料嵌入液态金属薄膜，可实现光催化分解水制氢面板的规模化制备，在可见光照射下，其活性是传统非嵌入式金薄膜支撑光催化材料膜的近3倍，超过上百小时持续工作无衰减。

“我们在柔性基体上集成的薄膜在大曲率弯折10万次后仍可保持95%以上的初始活性。”刘岗说，在循环和高效利用方面，通过简单的热水超声处理，即可将半导体颗粒、低温液态金属以及基体进行分离回收再利用，且回收再集成获得的人工光合成薄膜表现出与原始薄膜近乎相同的活性。（邱晨辉）

（责编：赵珊）