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人工光合作用的意義

化學(xué)先生 / 2019-08-01

20世紀(jì)70年代初，由于石油短缺引起的能源危機(jī)，極大地激發(fā)了人們對光合作用及其模擬的研究興趣。只從能源考慮光解水制氫是太陽能光化學(xué)轉(zhuǎn)化與儲存的最好途徑。

因?yàn)闅淙紵笾簧伤?，不但不會污染環(huán)境，而且是便于儲存和運(yùn)輸?shù)目稍偕茉?。如果在光解水制氫的過程中，只消耗太陽能而不消耗其它能源，那么太陽能光解水制氫將是從根本上解決能源短缺問題的最理想的途徑。

然而，這是一個世界性的難題。自50年代初以來，經(jīng)過半個世紀(jì)的努力，還找不到一個反應(yīng)體系能在可見光照射下把水同時分解為氫和氧。

無論是采用光電化學(xué)池，還是均相催化或半導(dǎo)體光催化，都只能以電子給體作為犧牲組分才能實(shí)現(xiàn)光解水放氫。而要實(shí)現(xiàn)光解水放氧，則必須添加電子受體作為犧牲組分。

盡管理想的同時放氫放氧的所謂“循環(huán)光解水過程"難以實(shí)現(xiàn)，但太陽能光解水的研究卻導(dǎo)致了光催化的發(fā)展。如光催化氧化消除大氣和水源中的污染物、光催化氧化從烴類合成含氧化合物等。1991 年由著名光催化專家M. Graetzel教授在Nature上首先報道，可見光敏化納米晶二氧化鈦光伏電池，則把太陽能的光電化學(xué)轉(zhuǎn)化向人工模擬光合作用的高度推進(jìn)了一步。

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