光驱动水裂解在微重力环境下实现

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2018-10-2108:52  来源:科技日报
 

英国《自然·通讯》杂志10日发表了一项化学领域最新突破:美国加州理工学院团队在模拟太空的近零重力条件下,通过光驱动水裂解产生氢气和氧气。该成果有望应用于长期星际飞行,利用水来生产设备用所需的燃料和可呼吸的氧气。

植物能通过叶绿体收集太阳光能,将二氧化碳和水转化成富有能量的有机化合物,并释放出氧气。其中最为关键的一步是由光驱动将水分子裂解为氧气、氢离子和电子的反应,该反应为地球上所有复杂的生命提供能量和氧气,可以说是光合作用的核心。

科学家一直希望模仿和改进这种自然过程,通过人工光合作用大规模利用可再生能源。虽然这项技术在地球上的应用取得了进展,但是,迄今尚未有研究探索它在长期航天飞行方面的应用潜力。

加州理工学院研究人员凯瑟里纳·布林克特及其同事,此次开发了一种高性能的光电化学电池,它们能够在接近零重力的情况下利用光来裂解水。研究人员在用于产生微重力的落塔中开展了一系列实验,在模拟太空的近零重力环境中探索如何在太空中实现太阳能水裂解。他们发现,缺乏重力会减少光驱动的水裂解活动,因为表面去除的气泡有限。然而,通过调整电池中纳米结构的形状,研究人员能够促进气泡释放,维持低重力下的水裂解活动。

对现阶段而言,如果人类希望前往另一颗恒星系统进行探索,除了需要革新飞行动力系统,还需要新的生命支持技术。研究团队认为,这项成果有望改善长期航天飞行的生命支持系统。与此同时,该研究也为如何改进地面光驱水裂解装置提供了一种思路。(张梦然)

(责编:时宝韫(实习生)、熊旭)

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