據(jù)國(guó)外媒體報(bào)道，受到樹葉里發(fā)生的一個(gè)化學(xué)變化的啟發(fā)，加州理工學(xué)院的科學(xué)家們開發(fā)出一種新的導(dǎo)電薄膜。有了這張膜，利用陽(yáng)光將水分解成氫燃料中出現(xiàn)的問(wèn)題將迎刃而解。諸如硅這類的半導(dǎo)體在導(dǎo)電的過(guò)程中很容易氧化生銹，加入氧化鎳薄膜能夠防止生銹，同時(shí)能促進(jìn)陽(yáng)光的分解作用，獲得更多的像甲烷或者氫這樣的燃料。

　　孫科（音譯，Ke Sun），加州理工學(xué)院化學(xué)教授奈特·路易斯（Nate Lewis）實(shí)驗(yàn)室的博士后，看著他手中的一個(gè)新保護(hù)膜樣本，這張膜能夠幫助實(shí)現(xiàn)利用陽(yáng)光將水分解成氫燃料。

　　“我們已經(jīng)開發(fā)出一種新型保護(hù)膜，它能使太陽(yáng)能分解生產(chǎn)燃料的效率、穩(wěn)定性以及效果將達(dá)到前所未有的高度，安全性也很好，不會(huì)產(chǎn)生易爆的氫氧混合物?！眮?lái)自加州理工大學(xué)的該發(fā)明的合作者之一，喬治·阿吉羅斯教授（George L. Argyros Professor）奈特·路易斯（Nate Lewis）介紹了他們的新成果。這一研究刊登于今年3月9日上線的美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊（PNAS）網(wǎng)絡(luò)版上，詳細(xì)描述了這種新型保護(hù)膜。

　　這張膜能讓我們創(chuàng)造出一個(gè)安全、高效的人工光合作用系統(tǒng)，俗稱太陽(yáng)能燃料制造機(jī)或者“人工樹葉”?！叭斯淙~”復(fù)制了自然界中植物利用陽(yáng)光將水、二氧化碳轉(zhuǎn)化成氧氣和碳水化合物類燃料的過(guò)程。

　　加州理工大學(xué)人工光合作用聯(lián)合中心（JCAP）的“人工樹葉”項(xiàng)目包含了3個(gè)主要的組合部分：兩種電極——光陽(yáng)極和光陰極以及薄膜。光陽(yáng)極利用陽(yáng)光氧化水分子產(chǎn)生氧氣、質(zhì)子和電子，而光陰極利用光陽(yáng)極產(chǎn)生的質(zhì)子和電子合成氫氣。膜，通常用塑料制成，用來(lái)將這兩種氣體隔開，以防止任何可能性的爆炸。然后在一定的壓力下這些氣體會(huì)被壓入管道收集起來(lái)。

　　科學(xué)家們已經(jīng)嘗試過(guò)用硅或者砷化鎵這類用在太陽(yáng)能電池板上能夠吸收光的普通半導(dǎo)體來(lái)制作電極，然而主要問(wèn)題是這些材料碰到水會(huì)容易氧化，也就是生銹。

　　之前，路易斯與其他科學(xué)家也嘗試為這些電極穿上保護(hù)膜，但由于種種原因，實(shí)驗(yàn)都失敗了。“理想的保護(hù)膜需要符合很多條件，要與它所覆蓋的半導(dǎo)體能夠在化學(xué)上相容，不透水，能導(dǎo)電，透明度要高能保證透光，容易被催化產(chǎn)生反應(yīng)，釋放氧和燃料?！甭芬姿梗@位JCAP的科學(xué)帶頭人說(shuō)，“造出符合上述任一條件的保護(hù)膜都是一項(xiàng)重大的飛躍，而我們現(xiàn)在一次性都做到了?！?/p>

　　路易斯團(tuán)隊(duì)展示了他們的氧化鎳薄膜，可以用在包括硅、磷化銦、碲化鎘在內(nèi)的多種半導(dǎo)體材料上。尤其在保護(hù)光陽(yáng)極上，氧化鎳薄膜的優(yōu)越性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了其他類似的保護(hù)膜。路易斯去年就做過(guò)一張這樣不怎么樣卻相當(dāng)復(fù)雜的膜。氧化鎳膜只有一層，而這張膜有兩層，主要成分是二氧化鈦（TiO2），一種天然化合物，常見于防曬霜、牙膏和白涂料的配料中。

　　路易斯實(shí)驗(yàn)室工作的一名博士后也是該研究的第一作者孫科（Ke Sun，音譯）說(shuō)，“當(dāng)看著光陽(yáng)極能夠保持24小時(shí)，100小時(shí)甚至是500小時(shí)不發(fā)生一點(diǎn)降解時(shí)，我知道我們成功地完成了一項(xiàng)之前的科學(xué)家們總是以失敗告終的事情?！?/p>

　　路易斯團(tuán)隊(duì)發(fā)明的制作氧化鎳薄膜新技術(shù)需要將粉碎的氬原子在富氧環(huán)境下放入高速轉(zhuǎn)動(dòng)的鎳原子顆粒中。在這個(gè)過(guò)程中，“從氬原子中濺射下來(lái)鎳原子碎片與氧原子發(fā)生反應(yīng)，生成一種鎳的氧化物，沉淀在半導(dǎo)體上形成了保護(hù)膜?！?/p>

　　關(guān)鍵就在于這種新型的氧化鎳薄膜能夠很好地配合另外一張重要的膜，這張膜負(fù)責(zé)將光陽(yáng)極與光陰極隔開，前者釋放氫氣，后者釋放氧氣，互不干涉。

　　“沒有這張隔膜，光陽(yáng)極與光陰極會(huì)因?yàn)榭康锰烹?，再遇上剛由它們自己釋放出的活潑的氧氣氫氣，這絕對(duì)是一副炸藥的好配方?！甭芬姿拐f(shuō)，“有了我們的這張氧化鎳薄膜，你就能一次性造出一個(gè)沒有爆炸相對(duì)安全且持久高效的人工光合作用機(jī)器。”

　　實(shí)驗(yàn)離應(yīng)用始終有距離。路易斯提醒大家，人工光合作用機(jī)器投入商業(yè)市場(chǎng)還需要很長(zhǎng)一段時(shí)間。這個(gè)系統(tǒng)的其他部分，比如光陰極還有很多地方不夠完美。

　　“我們團(tuán)隊(duì)還在為完善光陰極努力著，”路易斯說(shuō)，“目前要做的就是把這兩個(gè)部分都做好，給大家呈現(xiàn)完整的人工光合作用系統(tǒng)以及它的運(yùn)作過(guò)程。這不太容易，但是值得慶幸的是，過(guò)去半個(gè)世紀(jì)中缺失的關(guān)鍵部分，我們現(xiàn)在已經(jīng)有了一個(gè)。”