近日，化材學院生物質能源材料研究團隊在國際知名期刊《Chemical Engineering Journal》（中科院1區Top，IF=13.3）發表題為“Difunctional POM-based artificial leaf with directed charge transfer to promote photosynthetic overall reaction”的研究論文。浙江農林大學為第一通訊單位，化材學院青年教師李華豐博士、白麗群教授和河南大學馬鵬濤教授為通訊作者。
人造樹葉能源轉化技術的發展符合國家提倡的“既要綠水青山，也要金山銀山”未來發展大計。當前人造樹葉僅能在光敏劑和犧牲劑共同參與下發生氧化或還原半反應，反應速率緩慢且反應體系復雜，阻礙了人造樹葉的應用。為此，團隊設計了一種雙功能人造樹葉并構建了光轉化全反應體系，通過充分發揮纖維素定向電子傳遞作用與多金屬氧酸鹽電子儲存的功能，在光照的條件下，實現了電荷快速分離、電荷儲存與生物質能源高效轉化。與已報道的人造樹葉相比，雙功能人造樹葉具有以下優勢：實現了多相結合（氣-液，液-液，氣-氣）催化反應體系的構建；獨立的氧化和還原反應體系增加反應接觸頻率提高了轉化效率（CO2還原：2779 μmol g?1h?1；糠醛還原：7925 μmol g?1h?1；羥甲基糠醛氧化：10847 μmol g?1h?1）；使用壽命延長，不受季節和環境的影響。
圖1. 人造樹葉設計、反應體系構建及能源轉化機制
此外，將太陽能轉化為可儲存的二次能源是可持續能源技術的核心概念，目前的能源儲存主要集中在化學品的轉化，而將太陽能儲存在人造樹葉中實現按需轉化的相關報道極少。由于太陽輻照強度的不可預測性以及晝夜周期性變化和能源需求之間的不匹配，將太陽能收集與光合作用的演變分離是先進的“人造樹葉”設計的關鍵。該方法允許“按需”進行光合作用，應對當前能源儲存方面的挑戰。
圖2. 人造樹葉電子轉移、儲存、釋放及機理路徑
（化材學院 李華豐）
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