我國科學(xué)家基于液態(tài)金屬構建“人工樹(shù)葉”取得新進(jìn)展
更新時(shí)間：2024-2-28 9:54:06 來(lái)源：焦作晚報
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新華社沈陽(yáng)2月27日電 近日，中國科學(xué)院金屬研究所沈陽(yáng)材料科學(xué)國家研究中心劉崗研究員團隊與國內外多個(gè)研究團隊合作，研制出將半導體顆粒嵌入液態(tài)金屬實(shí)現規�；赡さ男录夹g(shù)，并構建出形神兼備的新型“人工樹(shù)葉”，其具有類(lèi)似樹(shù)葉的功能，可實(shí)現太陽(yáng)能到化學(xué)能的轉化。相關(guān)研究成果以“液態(tài)金屬鑲嵌的人工光合成膜”為題發(fā)表于國際權威雜志《自然·通訊》上。
太陽(yáng)能光催化分解水制備綠氫技術(shù)屬于前沿和顛覆性低碳技術(shù)，其走向應用的關(guān)鍵是構建高效、穩定且低成本的太陽(yáng)能驅動(dòng)半導體光催化材料薄膜（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)際應用需求。
植物葉子中起光合作用的光系統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行的重要結構基礎。受此啟發(fā)，研究人員利用熔融的低溫液態(tài)金屬作為導電集流體和黏結劑在選定基體上規�；赡�，結合輥壓技術(shù)進(jìn)行半導體顆粒的嵌入集成，實(shí)現了半導體顆粒的規�；踩�。半導體顆粒鑲嵌在液態(tài)金屬導電集流體薄膜中形成了三維立體的強接觸界面，其結構猶如“鵝卵石路面”，使其兼具優(yōu)異的結構穩定性和十分突出的光生電荷收集能力。同時(shí)嵌入產(chǎn)氧和產(chǎn)氫光催化材料，可實(shí)現“人工樹(shù)葉”的規�；苽�，在可見(jiàn)光照射下，其光催化分解水制氫活性是傳統薄膜的2.9倍，超過(guò)上百小時(shí)持續工作無(wú)衰減。
此外，該技術(shù)還具有普適性好和原材料易回收等優(yōu)勢。在柔性基體上集成的薄膜在大曲率彎折10萬(wàn)次后仍可保持95%以上的初始活性。利用簡(jiǎn)單的熱水超聲處理，即可將半導體顆粒、低溫液態(tài)金屬以及基體進(jìn)行分離回收再利用。
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新華社沈陽(yáng)2月27日電 近日，中國科學(xué)院金屬研究所沈陽(yáng)材料科學(xué)國家研究中心劉崗研究員團隊與國內外多個(gè)研究團隊合作，研制出將半導體顆粒嵌入液態(tài)金屬實(shí)現規�；赡さ男录夹g(shù)，并構建出形神兼備的新型“人工樹(shù)葉”，其具有類(lèi)似樹(shù)葉的功能，可實(shí)現太陽(yáng)能到化學(xué)能的轉化。相關(guān)研究成果以“液態(tài)金屬鑲嵌的人工光合成膜”為題發(fā)表于國際權威雜志《自然·通訊》上。
太陽(yáng)能光催化分解水制備綠氫技術(shù)屬于前沿和顛覆性低碳技術(shù)，其走向應用的關(guān)鍵是構建高效、穩定且低成本的太陽(yáng)能驅動(dòng)半導體光催化材料薄膜（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)際應用需求。
植物葉子中起光合作用的光系統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行的重要結構基礎。受此啟發(fā)，研究人員利用熔融的低溫液態(tài)金屬作為導電集流體和黏結劑在選定基體上規�；赡�，結合輥壓技術(shù)進(jìn)行半導體顆粒的嵌入集成，實(shí)現了半導體顆粒的規�；踩�。半導體顆粒鑲嵌在液態(tài)金屬導電集流體薄膜中形成了三維立體的強接觸界面，其結構猶如“鵝卵石路面”，使其兼具優(yōu)異的結構穩定性和十分突出的光生電荷收集能力。同時(shí)嵌入產(chǎn)氧和產(chǎn)氫光催化材料，可實(shí)現“人工樹(shù)葉”的規�；苽�，在可見(jiàn)光照射下，其光催化分解水制氫活性是傳統薄膜的2.9倍，超過(guò)上百小時(shí)持續工作無(wú)衰減。
此外，該技術(shù)還具有普適性好和原材料易回收等優(yōu)勢。在柔性基體上集成的薄膜在大曲率彎折10萬(wàn)次后仍可保持95%以上的初始活性。利用簡(jiǎn)單的熱水超聲處理，即可將半導體顆粒、低溫液態(tài)金屬以及基體進(jìn)行分離回收再利用。
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