近日，化材學(xué)院生物質(zhì)能源材料研究團(tuán)隊(duì)在國(guó)際知名期刊《Chemical Engineering Journal》（中科院1區(qū)Top，IF=13.3）發(fā)表題為“Difunctional POM-based artificial leaf with directed charge transfer to promote photosynthetic overall reaction”的研究論文。浙江農(nóng)林大學(xué)為第一通訊單位，化材學(xué)院青年教師李華豐博士、白麗群教授和河南大學(xué)馬鵬濤教授為通訊作者。
人造樹(shù)葉能源轉(zhuǎn)化技術(shù)的發(fā)展符合國(guó)家提倡的“既要綠水青山，也要金山銀山”未來(lái)發(fā)展大計(jì)。當(dāng)前人造樹(shù)葉僅能在光敏劑和犧牲劑共同參與下發(fā)生氧化或還原半反應(yīng)，反應(yīng)速率緩慢且反應(yīng)體系復(fù)雜，阻礙了人造樹(shù)葉的應(yīng)用。為此，團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種雙功能人造樹(shù)葉并構(gòu)建了光轉(zhuǎn)化全反應(yīng)體系，通過(guò)充分發(fā)揮纖維素定向電子傳遞作用與多金屬氧酸鹽電子儲(chǔ)存的功能，在光照的條件下，實(shí)現(xiàn)了電荷快速分離、電荷儲(chǔ)存與生物質(zhì)能源高效轉(zhuǎn)化。與已報(bào)道的人造樹(shù)葉相比，雙功能人造樹(shù)葉具有以下優(yōu)勢(shì)：實(shí)現(xiàn)了多相結(jié)合（氣-液，液-液，氣-氣）催化反應(yīng)體系的構(gòu)建；獨(dú)立的氧化和還原反應(yīng)體系增加反應(yīng)接觸頻率提高了轉(zhuǎn)化效率（CO2還原：2779 μmol g?1h?1；糠醛還原：7925 μmol g?1h?1；羥甲基糠醛氧化：10847 μmol g?1h?1）；使用壽命延長(zhǎng)，不受季節(jié)和環(huán)境的影響。
圖1. 人造樹(shù)葉設(shè)計(jì)、反應(yīng)體系構(gòu)建及能源轉(zhuǎn)化機(jī)制
此外，將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為可儲(chǔ)存的二次能源是可持續(xù)能源技術(shù)的核心概念，目前的能源儲(chǔ)存主要集中在化學(xué)品的轉(zhuǎn)化，而將太陽(yáng)能儲(chǔ)存在人造樹(shù)葉中實(shí)現(xiàn)按需轉(zhuǎn)化的相關(guān)報(bào)道極少。由于太陽(yáng)輻照強(qiáng)度的不可預(yù)測(cè)性以及晝夜周期性變化和能源需求之間的不匹配，將太陽(yáng)能收集與光合作用的演變分離是先進(jìn)的“人造樹(shù)葉”設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。該方法允許“按需”進(jìn)行光合作用，應(yīng)對(duì)當(dāng)前能源儲(chǔ)存方面的挑戰(zhàn)。
圖2. 人造樹(shù)葉電子轉(zhuǎn)移、儲(chǔ)存、釋放及機(jī)理路徑
（化材學(xué)院 李華豐）
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