近日，化材学院生物质能源材料研究团队在国际知名期刊《Chemical Engineering Journal》（中科院1区Top，IF=13.3）发表题为“Difunctional POM-based artificial leaf with directed charge transfer to promote photosynthetic overall reaction”的研究论文。浙江农林大学为第一通讯单位，化材学院青年教师李华丰博士、白丽群教授和河南大学马鹏涛教授为通讯作者。
人造树叶能源转化技术的发展符合国家提倡的“既要绿水青山，也要金山银山”未来发展大计。当前人造树叶仅能在光敏剂和牺牲剂共同参与下发生氧化或还原半反应，反应速率缓慢且反应体系复杂，阻碍了人造树叶的应用。为此，团队设计了一种双功能人造树叶并构建了光转化全反应体系，通过充分发挥纤维素定向电子传递作用与多金属氧酸盐电子储存的功能，在光照的条件下，实现了电荷快速分离、电荷储存与生物质能源高效转化。与已报道的人造树叶相比，双功能人造树叶具有以下优势：实现了多相结合（气-液，液-液，气-气）催化反应体系的构建；独立的氧化和还原反应体系增加反应接触频率提高了转化效率（CO2还原：2779 μmol g−1h−1；糠醛还原：7925 μmol g−1h−1；羟甲基糠醛氧化：10847 μmol g−1h−1）；使用寿命延长，不受季节和环境的影响。
图1. 人造树叶设计、反应体系构建及能源转化机制
此外，将太阳能转化为可储存的二次能源是可持续能源技术的核心概念，目前的能源储存主要集中在化学品的转化，而将太阳能储存在人造树叶中实现按需转化的相关报道极少。由于太阳辐照强度的不可预测性以及昼夜周期性变化和能源需求之间的不匹配，将太阳能收集与光合作用的演变分离是先进的“人造树叶”设计的关键。该方法允许“按需”进行光合作用，应对当前能源储存方面的挑战。
图2. 人造树叶电子转移、储存、释放及机理路径
（化材学院 李华丰）
访问量统计：