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　　長期以來，人們一直在努力找到一種廉價(jià)、高效的清潔燃料，氫氣無疑是最理想、優(yōu)先的選擇，它可以作為航天器的推進(jìn)劑，理論上也能作為內(nèi)燃機(jī)和各種交通工具(包括民航)的燃料。原理上只要把水分解成氫原子和氧原子就可以得到氫氣，我們也都知道樹葉通過光合作用能利用太陽能把水光解成氫和氧。

　　但利用這樣利用太陽能生產(chǎn)氫氣其實(shí)并不簡單，一直以來不乏嘗試，但是實(shí)現(xiàn)起來往往有技術(shù)困難或成本過高。

　　如今美國亞利桑那州大學(xué)(ASU)和阿貢國家實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家又從自然界獲得靈感，已經(jīng)利用該理念設(shè)計(jì)出了一種人造樹葉，距離制造廉價(jià)氫氣又更近了一步。

　　ThomasMoore是ASU的化學(xué)教授。他和同事覺得最初造出的人造葉子并不理想，通過分析流程設(shè)計(jì)，他們注意到反應(yīng)流程中的一個(gè)反應(yīng)步驟拖慢了整個(gè)流程。

　　將光能為我們所用需要經(jīng)過一系列的反應(yīng)流程，這些反應(yīng)有快有慢，流程關(guān)鍵的反應(yīng)大致分作一快一慢兩步，“快反應(yīng)”完成光能到化學(xué)能的轉(zhuǎn)換，“慢反應(yīng)”利用這些化學(xué)能將水分子分解為原子。因此整個(gè)流程可能會被慢速的反應(yīng)拖慢，而且“慢反應(yīng)”的速度也會抑制到“快反應(yīng)”的進(jìn)行，于是這個(gè)慢速的反應(yīng)就變成了人造葉子生產(chǎn)率的瓶頸(有點(diǎn)像短板效應(yīng))。

　　再仔細(xì)研究這一反應(yīng)步驟之后，科學(xué)家們意識到他們可以做更多改進(jìn)——仿照自然界里的中間反應(yīng)。這個(gè)中間反應(yīng)使使得快、慢兩個(gè)反應(yīng)交錯(cuò)進(jìn)行，即在“慢反應(yīng)”有足夠時(shí)間進(jìn)行的同時(shí)，“快反應(yīng)”也能夠繼續(xù)進(jìn)行，于是流程整體不會變慢。

　　借助晶體衍射和光譜分析，該團(tuán)隊(duì)從原子尺度上分析這一反應(yīng)中電子和質(zhì)子參與的階段的反應(yīng)的環(huán)境。

　　他們發(fā)現(xiàn)之所以自然界的里反應(yīng)沒有上文說的瓶頸限制，是因?yàn)橐环N特殊的結(jié)構(gòu)——氫原子和附近的氮原子會有特別的短鍵。通過模仿這一結(jié)構(gòu)改造了人造葉子后取得了很好的效果。

　　雖然這一研究成果現(xiàn)在還不能用于大規(guī)模的生產(chǎn)能源，但還是在制造出可循環(huán)和碳中和燃料的路上更進(jìn)了一步。除此之外，該研究還加深了我們對自然界植物的光合作用原理的理解。