這種新的人造葉子足夠輕，可以漂浮在水面上，它可以吸收陽(yáng)光和空氣中的二氧化碳，并利用下面的水來(lái)生產(chǎn)燃料。

劍橋大學(xué)的研究人員在一條河上測(cè)試了他們100平方厘米的人造樹(shù)葉裝置。根據(jù)所用催化劑的不同，該裝置要么將水分解生成氫燃料，要么將二氧化碳轉(zhuǎn)化為合成氣，即一氧化碳和氫的混合物，用于制造甲醇等其他燃料。研究人員表示，這些設(shè)備可以批量部署在咸水池塘、運(yùn)河和海上，以避免與土地使用競(jìng)爭(zhēng)。

劍橋大學(xué)化學(xué)研究員Virgil Andrei說(shuō)：“我們正在嘗試用一種集成的、簡(jiǎn)單的設(shè)備來(lái)模擬自然，這種設(shè)備可以利用水?！彼I(lǐng)導(dǎo)了這項(xiàng)研究，并在《自然》雜志上發(fā)表了這項(xiàng)報(bào)告。他說(shuō)：“我們的設(shè)備不僅可以像天然葉子一樣工作，而且還具有葉子的靈活、輕量特性。”

多年來(lái)，科學(xué)家一直試圖復(fù)制植物的光合能量生產(chǎn)能力。最終目標(biāo)是人造葉子：一種被動(dòng)裝置，使用光伏材料收集陽(yáng)光，然后在催化劑的幫助下將二氧化碳轉(zhuǎn)化為燃料。自2011年哈佛大學(xué)的研究人員報(bào)告了第一片水分解人工葉子以來(lái)，許多團(tuán)隊(duì)一直在研究類(lèi)似的技術(shù)，以減少二氧化碳，從而制造燃料、肥料和其他化學(xué)品。據(jù)了解，二氧化碳還原比分解水復(fù)雜得多，需要催化劑和反應(yīng)參數(shù)的正確組合。

2019年，Andrei，化學(xué)教授Erwin Reisner和他們的同事報(bào)告了第一個(gè)可以制造合成氣的人造葉子。他們使用鈣鈦礦光吸收劑和鉑或鈷催化劑進(jìn)行反應(yīng)。鉑催化劑在陽(yáng)光下將水分解成氧和氫，而鈷則會(huì)將二氧化碳和水還原成合成氣。但他們的設(shè)備，以及迄今為止報(bào)道的大多數(shù)其他設(shè)備，往往是僅在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中測(cè)試的小型原型。

劍橋團(tuán)隊(duì)為他們的新工作考慮了升級(jí)和商業(yè)化范疇?！拔覀冋J(rèn)為，如果我們想將這項(xiàng)技術(shù)推向商業(yè)化，我們真的需要重新設(shè)計(jì)設(shè)備結(jié)構(gòu)，”Andrei說(shuō)，“一個(gè)想法是縮小設(shè)備。”

因此，研究小組用薄導(dǎo)電塑料基板取代了之前使用的厚玻璃基板。他們用鈣鈦礦、導(dǎo)電金屬氧化物和聚合物以及鈷或鉑催化劑的層來(lái)覆蓋它們，每層厚度為幾微米。他們使用標(biāo)準(zhǔn)環(huán)氧樹(shù)脂膠和石墨粉的混合物來(lái)覆蓋這些層，以防止它們受潮。

這種輕量級(jí)設(shè)備在水中漂浮，在陽(yáng)光下，它迅速產(chǎn)生合成氣氣泡，這進(jìn)一步幫助設(shè)備漂浮。人工葉片在24小時(shí)的試驗(yàn)期間效果良好。它產(chǎn)生氫氣和一氧化碳，每克的效率分別約為0.6%和0.05%。Andrei說(shuō)，這組數(shù)據(jù)雖然不高，但與自然光合作用相當(dāng)，后者的典型效率為0.5%到1%。

同時(shí)，他補(bǔ)充說(shuō)，這樣做的好處是，與其他太陽(yáng)能燃料技術(shù)相比，原理上可以使這種設(shè)備更便宜，因?yàn)槠渌?yáng)能燃料依賴于單獨(dú)的光伏電池和電化學(xué)電池來(lái)進(jìn)行反應(yīng)，并占用陸地空間。“你可以有一些非常簡(jiǎn)單和輕便的東西，可以部署在水上任何地方?！?/p>

Andrei說(shuō)，該團(tuán)隊(duì)尚未進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，但他們計(jì)劃很快進(jìn)行。他們還致力于使該設(shè)備更輕，并找出部署它的最佳方式，無(wú)論是大塑料圓頂還是簡(jiǎn)單的密封塑料袋，并持續(xù)收集合成氣或氫氣以供使用。