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中国科学家推动“人工树叶”新进展:太阳能制氢效率再创新高
2025-06-18 16:46 来源:中网资讯科技

  近日,中国科学家在“人工树叶”领域取得重大突破,成功研发出一种新型高效“人工树叶”,能够高效追踪太阳轨迹并实现太阳能到化学能的转化,为未来清洁能源的广泛应用提供了新思路。这一成果不仅在技术上实现了质的飞跃,也为全球能源转型和可持续发展注入了新的动力。

  中国科学家团队研发的新型“人工树叶”采用了柔性太阳能电极和碳纳米管技术,显著提高了水分解效率。该装置不仅具备仿生树叶追踪太阳的能力,还能在光照条件下高效分解水,制取氢气和氧气。这种创新设计使得“人工树叶”在实际应用中更加稳定和耐用,有望在未来广泛应用于建筑外墙、屋顶甚至沙漠地区,成为清洁能源的重要组成部分。

  与此同时,中国科学院金属研究所刘岗研究团队与中外多个团队合作,成功研制出一种将半导体颗粒嵌入液态金属实现规模化成膜的新技术,并构建出形神兼备的新型“人工树叶”。该技术实现了太阳能到化学能的高效转化,具有普适性好、原材料易回收等优势。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,展现出极高的稳定性和耐用性。

  天津大学化工学院新能源化工团队也取得了重要进展。他们成功研发出一种半透明硫化铟光电阳极器件,显著提升了水氧化反应速率,推动更加高效耐用的“人工树叶”出现。该器件在完全依靠阳光驱动的独立系统中,实现了5.10%的太阳能—氢能转换效率,创下该类系统的最高纪录。这一成果发表在国际学术期刊《自然·通讯》上,标志着中国在太阳能水分解制氢领域迈出了关键一步。

  “人工树叶”技术的核心在于模仿自然树叶的光合作用原理,将太阳能转化为化学能,从而实现清洁能源的生产。这种技术不仅能够解决能源危机,还能为环境污染治理提供新的途径。例如,一些新型“人工树叶”装置可以同时进行二氧化碳还原反应和水净化,将湖水中的化学需氧量降低至15 mg/L以下,达到中国一级水标准。这表明“人工树叶”在环保和能源领域的双重潜力。

  尽管“人工树叶”技术仍处于快速发展阶段,但其在太阳能制氢、水净化、二氧化碳捕集等方面的应用前景广阔。随着技术的不断优化和成本的降低,未来“人工树叶”有望成为家庭、工业和交通领域的清洁能源供应系统。正如王拓教授所指出的,太阳能水分解技术有望在未来成为氢能生产的重要途径,进一步推动清洁能源的广泛应用。

  目前,全球多个国家或地区和地区正在积极布局“人工树叶”相关技术的研发与应用。例如,美国科学家丹尼尔·诺切拉曾宣布了一种廉价高效的“人工树叶”原型,能够将水分解为氢气和氧气,并通过燃料电池发电,为发展中国家家庭提供基本用电。这种装置不仅成本低廉,而且能处理各种废水,具有极高的实用价值。中国科学家在这一领域的持续创新,无疑将为全球能源革命贡献更多力量。

  “人工树叶”技术的发展不仅依赖于材料科学的进步,还需要跨学科的合作与创新。从柔性基体的集成到半导体颗粒的嵌入,从液态金属的使用到光催化材料的优化,每一个环节都体现了中国科学家在新能源领域的深厚积累和创新能力。未来,随着更多研究的深入,我们有理由相信,“人工树叶”将成为推动绿色能源革命的重要力量。

  中国科学家在“人工树叶”领域的多项突破,不仅提升了太阳能制氢的效率,也为清洁能源的可持续发展提供了坚实的技术支撑。随着技术的不断成熟和应用的逐步推广,我们有理由期待,一个由阳光、水和“人工树叶”共同构建的绿色未来即将来临。