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我国学者破解燃料电池研发中的关键难题 2020-07-23

  以色列理工学院和德国波鸿大学的两个研究小组表示,他们正在研究将光合聚光复合物的光吸收能力与光系统Ⅱ的电化学能力相结合,以此获取可再生清洁能源,即利用光合作用为未来开发可再生清洁能源。

  在自然界,细菌、藻类和植物经过演化后,其类囊体膜中存在着光系统Ⅱ(PSⅡ),是自然光合作用的产物,能够有效地通过光合作用将太阳能转化为化学能。研究人员表示,他们试图利用植物膜水分子获取电子释放的能来产生清洁燃料源,这也是人们所说的生物光电化学电池(BIOcells)。

  以色列理工大学在声明中说,人们正力图用清洁能源替代化石燃料,丰富和无污染的太阳能被视为极具特别价值的能源。生物光电化学电池属于可再生能源领域的创新概念,旨在半自然、半人为地利用自然过程来开发清洁、负担

  著名期刊《科学》10日刊发中国地质大学(武汉)科研团队学术论文,宣布通过半导体异质界面电子态特性,把质子局限在异质界面,设计和构造了具有低迁移势垒的质子通道。

  这是记者10日从中国地质大学(武汉)获悉的,该校材料与化学学院吴艳副教授是论文第一作者,据她介绍,燃料电池的洁净、高效、无污染特点越来越受关注,燃料电池技术也是国家能源发展战略的一个重点领域,高离子电导率的电解质开发,是解决目前燃料电池应用的关键。

  中国地质大学(武汉)燃料电池创新研究团队,一直致力于低温、高性能燃料电池研究,聚焦高质子电导率电解质的开发,历经多年探索,经过反复试验论证,通过半导体异质界面电子态特性,把质子局域于异质界面,设计和构造具有低迁移势垒的质子通道。

  “我们的研究如同给质子修建高速公路,即利用半导体异质界面场诱导金属态,助推超质子实现又快又好地‘跑起来’,从而获得优异的电导率。”吴艳说,这与传统电解质材料电导率相比,提升了3个数量级,并且实现了先进质子陶瓷燃料电池的示范。

  半导体异质结构和场诱导加速离子迁移,是能源科学领域具有挑战性的研究课题。该研究成果为质子限域传输提供了创新科学方法,将促进新一代燃料电池研究和发展,对发展能源新材料和新技术具有重要科学意义和应用价值。

  研究人员在发表于《材料化学A》杂志上的论文中称,他们的新发现有望成为人类在制造太阳能生物光电化学电池方面的重要进步,而这种电池将是未来主要的清洁能源。

  为了在人工环境下实现生物光电化学电池的光生电过程,两个团队开发了一种由两种成分组成的生物电极,其中包括将PBS(一种聚光蛋白)和PSⅡ多蛋白复合物功能性相连接,有些是跨物种结合。这种连接的工作难度相当高,但研究人员利用交联剂成功实现了连接。这种交联剂具有两个或多个反应端,能够以化学方式附着蛋白质。

  研究人员表示,PBS-PSⅡ相连后与其他物质组成的电极提高了光电转换效率,与PBS单独作为电极物质相比,两者相连的绿光间隙单色光子电子转换效率(IPCE)最高达到了10.9%。分离PBS和PSⅡ的技术分别由德国和以色列的研究小组完成,他们共同将两者整合到生物光电化学电池研究中。


  以色列理工大学表示,他们研究中所涉及的蛋白质连接和组装能力代表了开发生物太阳能电池的重大突破。这意味着人们可以将不同物种的蛋白质复合物进行功能性组合,以建立集不同物种所长的半人工系统。




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