光驅(qū)動(dòng)水裂解在微重力環(huán)境下實(shí)現(xiàn)

英國《自然·通訊》雜志10日發(fā)表了一項(xiàng)化學(xué)領(lǐng)域最新突破：美國加州理工學(xué)院團(tuán)隊(duì)在模擬太空的近零重力條件下，通過光驅(qū)動(dòng)水裂解產(chǎn)生氫氣和氧氣。該成果有望應(yīng)用于長期星際飛行，利用水來生產(chǎn)設(shè)備用所需的燃料和可呼吸的氧氣。
　　植物能通過葉綠體收集太陽光能，將二氧化碳和水轉(zhuǎn)化成富有能量的有機(jī)化合物，并釋放出氧氣。其中最為關(guān)鍵的一步是由光驅(qū)動(dòng)將水分子裂解為氧氣、氫離子和電子的反應(yīng)，該反應(yīng)為地球上所有復(fù)雜的生命提供能量和氧氣，可以說是光合作用的核心。
　　科學(xué)家一直希望模仿和改進(jìn)這種自然過程，通過人工光合作用大規(guī)模利用可再生能源。雖然這項(xiàng)技術(shù)在地球上的應(yīng)用取得了進(jìn)展，但是，迄今尚未有研究探索它在長期航天飛行方面的應(yīng)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裂解水。研究人員在用于產(chǎn)生微重力的落塔中開展了一系列實(shí)驗(yàn)，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(xiàn)太陽能水裂解。他們發(fā)現(xiàn)，缺乏重力會(huì)減少光驅(qū)動(dòng)的水裂解活動(dòng)，因?yàn)楸砻嫒コ臍馀萦邢?。然而，通過調(diào)整電池中納米結(jié)構(gòu)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(duì)現(xiàn)階段而言，如果人類希望前往另一顆恒星系統(tǒng)進(jìn)行探索，除了需要革新飛行動(dòng)力系統(tǒng),還需要新的生命支持技術(shù)。研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，這項(xiàng)成果有望改善長期航天飛行的生命支持系統(tǒng)。與此同時(shí)，該研究也為如何改進(jìn)地面光驅(qū)水裂解裝置提供了一種思路。