全球科技# 水凝胶利用阳光

#全球科技# 水凝胶利用阳光：距离人工光合作用更近一步

仿生水凝胶利用阳光将水转化为氢燃料，有效模拟自然过程，创造出可持续的能源解决方案。

模仿植物将阳光转化为能量的方式一直是致力于创造可再生能源解决方案的科学家们的梦想。

人工光合作用是一种试图复制自然方法的过程，利用阳光来驱动化学反应，产生清洁能源。然而，迄今为止，创建像自然光合作用一样有机运作的合成系统一直是一项重大挑战。

现在，日本先进科学技术大学院大学 (JAIST) 和东京大学的研究人员设计了一种新型仿生水凝胶，可以利用阳光分解水分子产生氢气和氧气。由于氢气被视为未来有前途的燃料，这种设计可能会改变清洁能源的现状。

此外，这种制氢技术的进步可以与其他清洁能源技术相媲美，例如太阳能光伏和电解制氢。这些方法依赖于外部能源，而水凝胶系统则模仿自然，直接利用阳光分解水，从而有可能提高效率并降低成本。他们的研究发表在《化学通讯》上。

研究团队由副教授 Kosuke Okeyoshi 及其博士生 Reina Hagiwara（日本科学技术研究院）和东京大学 Ryo Yoshida 教授领导，他们设计了这种具有精心构建的聚合物网络的水凝胶。这些网络有助于控制电子的转移，这对于将水分解为氢和氧至关重要。水凝胶中充满了功能性分子，例如钌复合物和铂纳米颗粒，它们共同作用以模拟自然的光合作用过程。

“最大的挑战是弄清楚如何排列这些分子，以便它们能够顺利地传输电子，”Okeyoshi 教授说。“通过使用聚合物网络，我们能够防止它们聚集在一起，这是合成光合作用系统中常见的问题。”

论文第一作者、JAIST 博士生 Reina Hagiwara 补充道：“这里的独特之处在于分子在水凝胶中的排列方式。通过创建结构化环境，我们让能量转换过程变得更加高效。”

这项研究的一项关键突破是水凝胶能够防止功能分子聚集——这是以前的人工光合作用系统面临的一个主要问题。因此，与旧技术相比，该团队能够显著提高水分解过程的活性并产生更多的氢气。

这种设计对清洁能源具有重大意义。仅使用水和阳光生产的氢气可能成为未来能源系统的关键角色，为化石燃料提供可再生替代品。正如 Okeyoshi 教授所解释的那样，“氢气是一种极好的能源，因为它既清洁又可再生。我们的水凝胶提供了一种利用阳光生产氢气的方法，这可以帮助可持续地重塑能源技术。”

通过使人工光合作用更加活跃，这项研究使我们更接近可再生氢能为工业、交通和能源存储系统提供动力的未来。

尽管取得了这些令人鼓舞的成果，但研究人员指出，仍有工作要做。扩大这些水凝胶的生产规模并确保其长期稳定性将是下一步的重要工作。“我们已经展示了其潜力，但现在我们需要改进该技术以供工业使用，”Okeyoshi 教授说。“这些可能性令人兴奋，我们渴望继续向前推进。”

该团队还计划探索水凝胶的精确集成，以进一步提高其能量转换效率。祝他们好运和成功！