光驅動(dòng)水裂解在微重力環(huán)境下實(shí)現
英國《自然·通訊》雜志10日發(fā)表了一項化學(xué)領(lǐng)域最新突破：美國加州理工學(xué)院團隊在模擬太空的近零重力條件下，通過(guò)光驅動(dòng)水裂解產(chǎn)生氫氣和氧氣。該成果有望應用于長(cháng)期星際飛行，利用水來(lái)生產(chǎn)設備用所需的燃料和可呼吸的氧氣。
植物能通過(guò)葉綠體收集太陽(yáng)光能，將二氧化碳和水轉化成富有能量的有機化合物，并釋放出氧氣。其中最為關(guān)鍵的一步是由光驅動(dòng)將水分子裂解為氧氣、氫離子和電子的反應，該反應為地球上所有復雜的生命提供能量和氧氣，可以說(shuō)是光合作用的核心。
科學(xué)家一直希望模仿和改進(jìn)這種自然過(guò)程，通過(guò)人工光合作用大規模利用可再生能源。雖然這項技術(shù)在地球上的應用取得了進(jìn)展，但是，迄今尚未有研究探索它在長(cháng)期航天飛行方面的應用潛力。
加州理工學(xué)院研究人員凱瑟里納·布林克特及其同事，此次開(kāi)發(fā)了一種高性能的光電化學(xué)電池，它們能夠在接近零重力的情況下利用光來(lái)裂解水。研究人員在用于產(chǎn)生微重力的落塔中開(kāi)展了一系列實(shí)驗，在模擬太空的近零重力環(huán)境中探索如何在太空中實(shí)現太陽(yáng)能水裂解。他們發(fā)現，缺乏重力會(huì )減少光驅動(dòng)的水裂解活動(dòng)，因為表面去除的氣泡有限。然而，通過(guò)調整電池中納米結構的形狀，研究人員能夠促進(jìn)氣泡釋放，維持低重力下的水裂解活動(dòng)。
對現階段而言，如果人類(lèi)希望前往另一顆恒星系統進(jìn)行探索，除了需要革新飛行動(dòng)力系統,還需要新的生命支持技術(shù)。研究團隊認為，這項成果有望改善長(cháng)期航天飛行的生命支持系統。與此同時(shí)，該研究也為如何改進(jìn)地面光驅水裂解裝置提供了一種思路。
