光驅動水裂解在微重力環境下實現

2018年07月12日08:52  來源:科技日報
 

英國《自然·通訊》雜志10日發表了一項化學領域最新突破:美國加州理工學院團隊在模擬太空的近零重力條件下,通過光驅動水裂解產生氫氣和氧氣。該成果有望應用於長期星際飛行,利用水來生產設備用所需的燃料和可呼吸的氧氣。

植物能通過葉綠體收集太陽光能,將二氧化碳和水轉化成富有能量的有機化合物,並釋放出氧氣。其中最為關鍵的一步是由光驅動將水分子裂解為氧氣、氫離子和電子的反應,該反應為地球上所有復雜的生命提供能量和氧氣,可以說是光合作用的核心。

科學家一直希望模仿和改進這種自然過程,通過人工光合作用大規模利用可再生能源。雖然這項技術在地球上的應用取得了進展,但是,迄今尚未有研究探索它在長期航天飛行方面的應用潛力。

加州理工學院研究人員凱瑟裡納·布林克特及其同事,此次開發了一種高性能的光電化學電池,它們能夠在接近零重力的情況下利用光來裂解水。研究人員在用於產生微重力的落塔中開展了一系列實驗,在模擬太空的近零重力環境中探索如何在太空中實現太陽能水裂解。他們發現,缺乏重力會減少光驅動的水裂解活動,因為表面去除的氣泡有限。然而,通過調整電池中納米結構的形狀,研究人員能夠促進氣泡釋放,維持低重力下的水裂解活動。

對現階段而言,如果人類希望前往另一顆恆星系統進行探索,除了需要革新飛行動力系統,還需要新的生命支持技術。研究團隊認為,這項成果有望改善長期航天飛行的生命支持系統。與此同時,該研究也為如何改進地面光驅水裂解裝置提供了一種思路。(張夢然)

(責編:時寶韞(實習生)、熊旭)

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