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光驱动水裂解在微重力环境下实现,有望改善长期星际飞行的生命支持系统
王强 2018-07-12
导语

这项成果有望改善长期航天飞行的生命支持系统。

英国《自然·通讯》杂志7月10日发表了一项化学领域最新突破美国加州理工学院团队在模拟太空的近零重力条件下,通过光驱动水裂解产生氢气和氧气。该成果有望应用于长期星际飞行,利用水来生产设备用所需的燃料和可呼吸的氧气。

植物能通过叶绿体收集太阳光能,将二氧化碳和水转化成富有能量的有机化合物,并释放出氧气。其中最为关键的一步是由光驱动将水分子裂解为氧气、氢离子和电子的反应,该反应为地球上所有复杂的生命提供能量和氧气,可以说是光合作用的核心。

科学家一直希望模仿和改进这种自然过程,通过人工光合作用大规模利用可再生能源。虽然这项技术在地球上的应用取得了进展,但是,迄今尚未有研究探索它在长期航天飞行方面的应用潜力。

加州理工学院研究人员凯瑟里纳·布林克特及其同事,此次开发了一种高性能的光电化学电池,它们能够在接近零重力的情况下利用光来裂解水。研究人员在用于产生微重力的落塔中开展了一系列实验,在模拟太空的近零重力环境中探索如何在太空中实现太阳能水裂解。他们发现,缺乏重力会减少光驱动的水裂解活动,因为表面去除的气泡有限。然而,通过调整电池中纳米结构的形状,研究人员能够促进气泡释放,维持低重力下的水裂解活动。

对现阶段而言,如果人类希望前往另一颗恒星系统进行探索,除了需要革新飞行动力系统,还需要新的生命支持技术。研究团队认为,这项成果有望改善长期航天飞行的生命支持系统。与此同时,该研究也为如何改进地面光驱水裂解装置提供了一种思路。

论文链接:

Katharina Brinkert, et al, "Efficient solar hydrogen generation in microgravity environment," Nature Communications,9, Article number: 2527(2018)

(信息来源:科技日报,记者:张梦然)

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  • 水裂解
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作者 王强

硕士研究生

西北工业大学

活跃作者
  • 爱因斯坦 科研工作者 北京航空航天大学 博士
  • 梅西 本科生 北京工业大学 本科
  • 金陵 本科生 北京大学 本科


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