源轉(zhuǎn)換效率最佳的碳納米管光電化學(xué)太陽(yáng)能電池
布滿磷脂盤(pán)狀物（phospholipid disks）的碳納米管，能讓太陽(yáng)能電池具備自我修復(fù)（self-repairing）的功能，就像是植物行光合作用。這種光電化學(xué)（photoelectrochemical）太陽(yáng)能電池是由美國(guó)麻省理工學(xué)院（MIT）的研究人員所開(kāi)發(fā)，其能源轉(zhuǎn)換效率號(hào)稱(chēng)可達(dá)到目前效能最佳之固態(tài)太陽(yáng)能光電板的兩倍。
以人工方式進(jìn)行的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換，以及自然界的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換，兩者間的主要不同之處，在于工程師會(huì)為太陽(yáng)能電池做防護(hù)，以避免固態(tài)無(wú)機(jī)材料的逐漸劣化;而自然界的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換，是通過(guò)光合作用，來(lái)預(yù)防并修復(fù)不可避免的液態(tài)有機(jī)材料損壞。
在自然界，使用永續(xù)性太陽(yáng)能的案例不勝枚舉;舉例來(lái)說(shuō)，能讓樹(shù)葉進(jìn)行光合作用的有機(jī)化合物，經(jīng)常會(huì)受到陽(yáng)光的損壞，但樹(shù)葉有自我修復(fù)機(jī)制。通過(guò)對(duì)能夠不斷更新其太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換燃料機(jī)制的生物性光合作用過(guò)程之研究，科學(xué)家們現(xiàn)在已經(jīng)有自信能制作出模仿該種自我修復(fù)能力的太陽(yáng)能電池。
MIT的研究人員并沒(méi)有聲稱(chēng)已經(jīng)破解光合作用的秘密，但表示已能夠模仿植物的自我修復(fù)機(jī)制，不斷充實(shí)其能量采集技術(shù)。
光合作用過(guò)程包含一些內(nèi)建的機(jī)制，植物內(nèi)部以化學(xué)為基礎(chǔ)的動(dòng)力引擎，會(huì)周期性地分解為基本的功能區(qū)塊（building blocks），然后那些更新過(guò)的元素會(huì)再重組成全新的引擎。根據(jù)MIT教授Michael Strano的說(shuō)法，植物會(huì)每個(gè)小時(shí)執(zhí)行以上的程序，更新并循環(huán)其基于蛋白質(zhì)的光合作用功能，使其以最佳效率持續(xù)運(yùn)作。
Strano所開(kāi)發(fā)的方案，具備一種會(huì)模仿光合作用程序可逆性、叫做磷脂的合成性盤(pán)狀分子，該種分子每一個(gè)都具備能將光線轉(zhuǎn)換成電流的內(nèi)部反應(yīng)中心;當(dāng)把該種分子與碳納米管混合到溶液中，盤(pán)狀分子會(huì)圍繞著碳納米管自我組裝。由于碳的導(dǎo)電性比金屬好，當(dāng)曝露在陽(yáng)光下時(shí)，奈米管會(huì)提高釋入盤(pán)狀分子的電子之傳輸率。
而在盤(pán)狀分子的內(nèi)部，Strano的團(tuán)隊(duì)利用了會(huì)自我組裝成光線采集器的、由七種不同元素組成的化合物，建立了類(lèi)似光合作用的循環(huán)性機(jī)制。通過(guò)添加一類(lèi)似除油劑的接口活性劑，所有化合物組合會(huì)裂解為原來(lái)的元素;若再用過(guò)濾器將溶液中的接口活性劑去除，那些原始元素又會(huì)再次自我組裝成太陽(yáng)能電池。
與目前性能最佳的、能源轉(zhuǎn)換效率不到20%的固態(tài)太陽(yáng)能電池相比，MIT研究人員開(kāi)發(fā)出的液態(tài)光電化學(xué)電池，轉(zhuǎn)換效率號(hào)稱(chēng)可達(dá)到40%;研究人員并表示，開(kāi)發(fā)濃度更高的碳納米管與盤(pán)狀分子組合，可望能將這種太陽(yáng)能電池的效率進(jìn)一步提高。
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(本文轉(zhuǎn)自電子工程世界)
