漂浮的“人造叶子”可以为航运业生产清洁燃料

这种超薄、灵活的设备的灵感来自于光合作用，重量轻到可以漂浮在水面上。研究人员认为，它们可以被用来生产一种可持续的汽油替代品，而不会占用陆地空间。

在剑桥的剑河上对这种轻质叶子进行的户外测试表明，它们可以像植物叶子一样有效地将阳光转化为燃料。

这是第一次在水中产生清洁燃料，如果规模扩大，人造叶子可以在受污染的水道、港口甚至海上使用，并有助于减少全球航运业对化石燃料的依赖。

目前，全球约80%的贸易是由化石燃料驱动的货船运输的。

2019年，该研究小组开发了一种人造叶子，它从阳光、二氧化碳和水中提取合成气——许多化学品和药品生产的关键中间体。

早期的原型是将两种吸光剂与合适的催化剂结合起来产生燃料的。然而，它包含了厚厚的玻璃基材和防潮涂层，这使得设备体积庞大。

该论文的共同第一作者维吉尔·安德烈博士说:“人工树叶可以大幅降低可持续燃料生产的成本，但由于它们既重又易碎，很难大规模生产和运输。”

“我们想知道，在不影响这些设备性能的情况下，我们能在多大程度上减少这些设备使用的材料，”该研究的负责人埃尔文·雷斯纳教授说。“如果我们能把材料裁剪得足够小，使它们足够轻，可以漂浮在空中，那么就为这些人造叶子的使用开辟了全新的途径。”

对于新版本的人造叶子，研究人员从电子工业中获得了灵感。他们面临的挑战是如何将光吸收剂沉积在轻质基材上，并保护它们不被水渗透。为了克服这个问题，研究小组使用了薄膜金属氧化物和钙钛矿材料，它们可以涂在柔性塑料和金属箔上。该装置覆盖着微米薄的防水碳基层，防止水分降解。他们最终发明了一种装置，不仅能工作，而且看起来像真的叶子。

安德烈说:“这项研究表明，人造树叶与现代制造技术兼容，代表着太阳能燃料生产自动化和规模化的早期一步。”“这些叶子结合了大多数太阳能燃料技术的优点，因为它们实现了粉末悬浮的低重量和有线系统的高性能。”

对新人造叶子的测试表明，它们可以将水分解为氢和氧，或将二氧化碳减少为合成气。虽然在商业化应用之前还需要进一步改进，但研究人员表示，这一进展为他们的工作开辟了全新的途径。

“太阳能发电厂在发电方面已经变得很受欢迎;我们设想类似的燃料合成农场，”安德烈说。“这些可以为沿海居民点、偏远岛屿提供水源，覆盖工业池塘，或避免灌溉渠道中的水分蒸发。”

“许多可再生能源技术，包括太阳能燃料技术，会占用大量陆地空间，因此将生产转移到开放水域将意味着清洁能源和土地利用不会相互竞争，”Reisner说。“理论上，你可以把这些设备卷起来，放在几乎任何地方，几乎任何国家，这也有助于能源安全。”