中国科学家领衔 用液态金属造出“人工树叶”

人民网北京2月27日电 （记者赵竹青）记者从中国科学院获悉，中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心刘岗研究团队与国内外多个研究团队合作，通过液态金属新技术，构建出一种形神兼备的新型仿生人工光合成膜，具有类似树叶的功能，可将太阳能转化为化学能。该成果近日发表在《自然·通讯》上。

记者了解到，太阳能光催化分解水绿氢制备技术属于前沿和颠覆性低碳技术，其走向应用的关键是构建高效、稳定且低成本的太阳能驱动半导体光催化材料薄膜（即人工光合成膜，亦称为人工树叶）。目前常用的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。

自然界的植物光合作用可实现太阳能到化学能的转化，而植物叶子中起光合作用的光系统II和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，刘岗团队及合作者共同发展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，并构建出液态金属包裹的新型仿生人工光合成膜。

据悉，研究人员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。半导体颗粒镶嵌在液态金属导电集流体薄膜中形成了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。

以半导体材料钒酸铋为例，嵌入式钒酸铋颗粒的光电极活性相比传统的非嵌入式钒酸铋光电极高出2倍，且长时连续工作120小时几乎无活性衰减。光电极从1平方厘米放大至64平方厘米后，单位面积的光电流密度仍可保持约70%，远优于目前报道大面积钒酸铋光电极的活性保持率。此外，该技术还具有普适性好和原材料易回收等优势。