光合作用发电

光合作用发电,演讲人：梁阳凡组员：刘江刘曜铭包鸿翔涂志双许果,目录,1,2,3,4,5,光合作用发电的由来,光合作用的原理,人工光合作用的原理,光合作用发电的现状以及进展,光合作用发电的展望,光合作用和太阳息息相关，正是由于太阳能的发展才引出了光合作用发电的想象。,光合作用发电的由来,太阳能，由太阳内部产生的巨大核能辐射出来的能量，一种取之不尽，用之不竭的清洁能源。常用光电转换来发电，其基本原理是利用光生伏特效应将太阳辐射能直接转换为电能，它的基本装置是太阳能电池。,太阳能,太阳能电池又称为“太阳能芯片”或“光电池”“，是一种利用太阳光直接发电的光电半导体薄片,通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置。可惜这种发电方式效率只有10%，其成本大于寿命，经济价值低，且在制造过程中，往往会产生二次污染。,太阳能电池,能源的改进人工光合发电,光合作用对植物而言是一个纯粹的生理过程，植物是纯天然的发电，光合作用能够高效的转化太阳能，产生稳定的生物能，且其原料是H2O,不会对环境造成污染，若能研制成功并投入使用，能够获得经济效益和环境效益的双丰收。,光合作用发电原理,2,6CO2+6H2OC6H12O6（CH2O）+6O2,光合作用,H202H+1/2O2（水的光解）NADP+2e-+H+NADPH（递氢）ADP+PiATP（递能）CO2+C5化合物C3化合物（二氧化碳的固定）C3化合物（CH2O）+C5化合物（有机物的生成或称为C3的还原）ATPADP+PI（耗能）,人工光合作用发电原理,3,70年代初，科学家早已能够完成水的分解反应，但这些化学反应条件非常苛刻，温度很高，溶液具有腐蚀性很强的碱性，而且催化剂需要用到铂等稀有而昂贵的化合物。90年代初期以前人们构建的光合作用人工模拟体系主要是光敏色素，电子给体和受体共价键结合的体系，其中的色素通常采用与叶绿素结构类似的卟啉类衍生物，通过共价键代替了生物蛋白的作用。,光合作用的成品和现状以及进展,4,在2011年3月29日，美国麻省理工学院已经研制出第一片实用型人造树叶，植物利用光合作用把阳光和水转变成能量，他们研发的扑克大小的高级太阳能电池，正是通过模拟这一过程产生电流的。它由硅、电子和催化剂组成，工作原理非常简单：把它放在一加仑水里，然后放在阳光下，它就能把水分解成氢和氧，产生电流。一个这种仪器产生的电能可以满足发展中国家一个家庭一天的用电需求。人造树叶的光合作用效率很高，但是由于他当时采用的是非常昂贵的金属材料，而且这种仪器的使用寿命也仅为1天，因此无法普及开来。（原因猜想）,关于麻省理工的研究,MIT研究人员使用较普遍的介孔硅（中间有孔洞的二氧化硅晶体）作为氧化钴载体，通过一种“湿性注入”的技术将纳米束植入其中。最理想的情况是直径约为8纳米、长50纳米的团簇，团簇中的纳米管互相连接，弯曲成直径约35纳米的球体。但当使用其他形状的纳米团簇时，催化效率就又大大降低。弗雷猜测说，纳米团簇的形状可能对催化反应起决定作用。加州大学劳伦斯伯克利国家实验室的研究人员正是找到了高效的催化剂氧化钴纳米颗粒，实现了高转化率的光解反应，相关论文已发表在德国应用化学期刊上。光解反应对催化剂要求极为苛刻，在经过无数次实验后，他们发现氧化钴纳米晶体既高效又快速，反应持久，也容易得到，正好能满足要求。使用氧化钴纳米“团簇”（多个纳米束组成的团状结构）做催化剂的反应速度是毫米团簇的1600倍，每个团簇每秒约能裂解1140个水分子，反应功率（指每秒吸收的能量）与地面附近的太阳辐射能相当，约为每平方米1000瓦。,加州理工学院化学教授奈特路易斯（NateLewis）实验室的博士后，看着他手中的一个新保护膜样本，这张膜能够帮助实现利用阳光将水分解成氢燃料。,“人工树叶”项目包含了3个主要的组合部分：两种电极光阳极和光阴极以及薄膜光阳极利用阳光氧化水分子产生氧气、质子和电子光阴极利用光阳极产生的质子和电子合成氢气膜，用来将这两种气体隔开，以防止任何可能性的爆炸。然后在一定的压力下这些气体会被压入管道收集起来。硅或者砷化镓这类用在太阳能电池板上能够吸收光的普通半导体来制作电极，然而主要问题是这些材料碰到水会容易氧化,电极穿上保护膜半导体能够在化学上相容，不透水，能导电，透明度要高能保证透光，容易被催化产生反应，释放氧和燃料他们的氧化镍薄膜，可以用在包括硅、磷化铟、碲化镉在内的多种半导体材料上。尤其在保护光阳极上，氧化镍薄膜的优越性能远远超过了其他类似的保护膜。制作氧化镍薄膜新技术需要将粉碎的氩原子在富氧环境下放入高速转动的镍原子颗粒中。在这个过程中，“从氩原子中溅射下来镍原子碎片与氧原子发生反应，生成一种镍的氧化物，沉淀在半导体上形成了保护膜。”人工光合作用机器投入商业市场还需要很长一段时间。这个系统的其他部分，比如光阴极还有很多地方不够完美。,人工光合作用发电1，模拟光合作用。生成氧气，氢气，再利用氧气氢气发电。（水的分解）（在实验室的条件下，已经有初步的成品）2，直接利用光合作用反应中生成的电子NADP+2e-+H+NADPH（递氢）中断光合作用，在植物制造糖分前补捉电子。从植物细胞中分离出类囊体，它负责捕捉和储存太阳能，利用类囊体中的蛋白，阻断电子流的通道。再将修