什么是人工光合作用(Artificial Photosynthesis)？

植物获取能量的方式与人类获取能量的方式截然不同。当人类需要能量时，他吃食物。当植物需要能量时，它利用光合作用从环境中吸收二氧化碳，并利用阳光将其转化为糖，科学家们一直致力于复制光合作用的过程，试图以一种新的、有效的、生态友好的方式利用太阳的能量，人工光合作用的研究也取得了一些有趣的结果。一种人工光合作用的形式可以分解水分子来产生能量。产生人工光合作用的能力在2000年首次被宣布，尽管之前的研究还处于计划阶段。研究人员依靠1953年发现的本田富士岛效应（Honda Fujishima effect），它使用二氧化钛作为光催化剂。光催化剂可以加速与光有关的过程，在这种情况下，还可以加速能源的利用。从事人工光合作用的科学家正试图像植物一样利用太阳和太阳能对人工光合作用的商业兴趣以及对可能由此产生的潜在新产品的渴望，研究领域分为两个部分。这产生了两个不同的结果：光电化学电池和染料敏化太阳能电池。每一个电池的工作原理不同，但都试图得到相同的结果：人工光合能可以被利用和储存以备日后使用，这将减少世界对不可再生能源的依赖，光电化学电池，也被称为PECs，利用水的电流在一种叫做电解的过程中产生氢气和氧气然后，电能可以储存在氢中，氢是一种"能量载体"，能量可以在以后使用，比如在电池中。PEC有两种类型，一种是利用半导体表面吸收太阳能，帮助分解水分子以供能源使用。另一种是利用溶解的金属吸收太阳能和开始人工光合作用的过程。这种反应最常见的金属催化剂是钴和铑。麻省理工学院（MIT）的研究人员发现这些金属对这类工作最有效。另一种正在研究的电池，染料敏化太阳能电池有时被称为Gratzel细胞或Graetzel细胞。与PECs一样，染料敏化人工光合作用细胞使用半导体来收集能量，通常是硅。在染料敏化细胞中，半导体被用来传输收集的能量，光电子或能量粒子被分离并使用特殊染料加以利用Gratzel细胞被认为是目前最有效的人工光合作用形式，也是最具成本效益的制造方式。缺点主要是由于与液体染料有关的温度问题，因为这些液体染料会在较低温度下冻结并停止能量生产，在人工光合作用领域的研究仍在进行，特别是寻找更好的催化剂和能量传输机制。虽然它们不是最有效的能源生产形式，由于其潜在产量高、制造成本低和对环境的潜在影响，人们对其仍有极大的兴趣，如果人工光合作用能够实现且可靠，世界对不可再生矿物燃料的依赖将大大降低铑是一种可以作为人工光合作用催化剂的金属。