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人造的树叶会发电

郭雅婧

这恐怕是世界上最为奇怪的树叶了：它没有粗细不等的叶脉，取而代之的是各种电子元件；它也没有心形、扇形或是菱形这样的形状，而是像一张单薄的扑克牌；甚至于，它连普通树叶常见的颜色都没有，看上去就像一块亮晶晶的遮光板。但它却能像树叶那样进行光合作用。一片人造叶子被放入3.7升水中，在阳光下迅速地产生了相当于一个发展中国家的家庭一天的能源需求。

事实上，人造叶子是一个技术概念，并不专指某一片叶子。这种技术主要是模拟真实植物的光合作用原理：用人工材料制成小巧轻薄的片状，浸泡在水中，经过太阳光的照射，水被分解为氧气和氢气，这些气体储存起来可用于发电。所谓的“叶子”，只是一块高级的太阳能电池。

一直以来，人们都在寻求利用“不需要付费”的太阳能源，然而捕获并使用太阳能却需要耗费很大的财力，这让很多在太阳能上动脑筋的人望而却步。传统的太阳能电池板造价并不昂贵，它的大部分开销都在于布线，而人造叶子很好地解决了这一问题。

同传统太阳能电池板一样，人工叶子的基础材料依然是硅，只不过运用的是三结非晶硅。虽然在转换效率上不如传统的晶体硅，但这种非晶硅价格低廉、耗能少，更利于推广。同时，叠层的设计将非晶硅分子用磷酸盐加以固定，使它们就像是捆在一架车上的几匹马，不但保证了分解水时所需要的能量，还使其更加具有稳定性。

更令学界关注的是“穿”在硅外面的催化剂。催化剂使硅板不再像普通太阳能电池那样依靠电线工作，反应速度和强度大大提高。在过去，催化剂大多采用的是锰基。目前，采用钴等作为催化剂，相比于需要不断修复和代谢的锰基，钴等有强大的“自组装”能力，它能让自己分分合合，不需要再加入额外的材料。这弥补了20多年前第一片“人造叶子”的先天不足。据说，这样的一片“人造叶子”的光合效率大约是自然树叶的10倍。用钴、镍等元素作为催化剂，不但解决了稳定性的问题，还因为廉价而有了投入商业用途的可能。

如今，这个梦想似乎近在咫尺，但还面临许多严峻的挑战。目前，人造叶子遇到的最大挑战是如何捕捉氧气和氢气并储存它们，以备在没有阳光时使用。 （有删改）