在許多科學(xué)家的眼中，樹(shù)葉是利用太陽(yáng)能的“高手”。如果能人工造出“樹(shù)葉”，能源問(wèn)題或許就能得到根本性解決。幾十年來(lái)，研制“人工樹(shù)葉”一直是科學(xué)家們神圣的終極奮斗目標之一。十多年前，美國國家可再生能源實(shí)驗室的約翰·特納，發(fā)明了第一片“人工樹(shù)葉”。不過(guò)，該裝置由貴重的金屬材料制成，且性能非常不穩定，因此未得到廣泛應用。
　　最近，這項研究終于有了新進(jìn)展。美國科學(xué)家丹尼爾·諾切拉在第241屆美國化學(xué)學(xué)會(huì )的年會(huì )上宣布了其研究小組的最新進(jìn)展——一種廉價(jià)高效的“人工樹(shù)葉”。他在報告中說(shuō)：“將一加侖水和人造樹(shù)葉放置在陽(yáng)光下，可以提供發(fā)展中國家一個(gè)家庭一天的基本用電�！�
　　這種人工樹(shù)葉原型，可以持續進(jìn)行光合作用達45小時(shí)。該裝置形狀像撲克牌，但比撲克牌要薄。你只需要將它放入水中，置于陽(yáng)光下，它便可以將水分解為氫氣和氧氣，并將這兩種氣體存儲在燃料電池中，以此發(fā)電。一加侖的水(約合3.78升)生成的電量足夠滿(mǎn)足一間房子整天的電力需求。諾切拉說(shuō)：不久的將來(lái)，印度和非洲的貧困村莊都將買(mǎi)得起應用這種技術(shù)的電力裝置。
　　這個(gè)發(fā)明引起了科學(xué)界乃至世界各國主流媒體的關(guān)注。它被認為是人類(lèi)尋找替代能源的征程中一個(gè)里程碑式的發(fā)明，甚至有人認為這片小小的“樹(shù)葉”可能將徹底解決未來(lái)的能源和與之相關(guān)的環(huán)境問(wèn)題。
　　“人工樹(shù)葉”通過(guò)一種化學(xué)催化材料，利用鎳和鈷，在陽(yáng)光照耀下進(jìn)行“半光合作用”，將水在一定的電壓下高效地電解為氧氣，同時(shí)產(chǎn)生質(zhì)子和電子；產(chǎn)生的質(zhì)子與電子可以結合，生成氫氣，提供一種清潔的能源。比起硅光電池板，這種“人工樹(shù)葉”顯然更便宜。更重要的一點(diǎn)在于：它不“挑食”，所以完全可以把各種廢水喂給它用來(lái)發(fā)電。鈷和磷酸鹽是強大的而且廉價(jià)的新催化劑，該催化劑由鎳和鈷制成，能在簡(jiǎn)單的條件下有效地將水分解成氧氣和氫氣。諾切拉發(fā)明的人工樹(shù)葉進(jìn)行光合作用的效率大約是自然樹(shù)葉的10倍�？梢詷�(lè )觀(guān)地認為，將來(lái)人工樹(shù)葉的光合效率將更高�，F在，光合作用是以天然的方式進(jìn)行并為自然界供能的。未來(lái)，光合作用可能也將通過(guò)人工樹(shù)葉的形式造福人類(lèi)。
　　該項發(fā)明的核心在于發(fā)現了高效廉價(jià)的電解水的電極催化材料，從而讓規�；瘧�用成為可能。
　　“人工樹(shù)葉”可以高效儲能，并有其他方式無(wú)法比擬的優(yōu)勢。白天，將太陽(yáng)能電池產(chǎn)生的電力通過(guò)電解水轉化為氫氣和氧氣，作為化學(xué)能儲存起來(lái)；晚上或陰雨天，又可以隨時(shí)通過(guò)燃料電池將儲存的化學(xué)能轉化為電能。
　　中國科學(xué)家也在進(jìn)行這項研究。2010年，上海交通大學(xué)金屬基復合材料國家重點(diǎn)實(shí)驗室的科學(xué)家們將“人造葉子”的技術(shù)發(fā)布在當年的美國科學(xué)學(xué)會(huì )上。這個(gè)團隊用中國特有的植物——打碗碗花做實(shí)驗，先找到自然葉子收獲陽(yáng)光的結構，再研制一種在功能上替代這種結構的化學(xué)物，為這片葉子貼上了“中國制造”的標簽。遺憾的是，這些成果都沒(méi)有進(jìn)入實(shí)用領(lǐng)域，不是因為造價(jià)太昂貴，就是因為不穩定易銹蝕。諾切拉最新發(fā)布的這片葉子部分地解決了這一問(wèn)題。
　　據報道，諾切拉所在的實(shí)驗室已經(jīng)與印度的塔塔集團達成了合作協(xié)議�！暗�2011年年底，我們將可能在印度擁有基地�！敝Z切拉并不打算透露合作細節，但有媒體報道，塔塔集團投資1500萬(wàn)美元來(lái)支持這項研究。
　　“我們的目標是讓每一個(gè)家庭擁有自己的發(fā)電站�！敝Z切拉說(shuō)，“可以設想，在不久的將來(lái)，那些印度和非洲的村莊將有能力購買(mǎi)基于這種技術(shù)的基礎發(fā)電系統�！�
　　人們在為這一發(fā)明興奮的同時(shí)，還應該清醒地意識到，所謂的“人工樹(shù)葉”其實(shí)還存在著(zhù)較大的局限性。首先，“人工樹(shù)葉”并未真正實(shí)現自然界早已運行上億年的樹(shù)葉的全部功能，它僅僅模仿了樹(shù)葉中光系統II中的局部功能。其次，它的運行也要依賴(lài)太陽(yáng)能電池和燃料電池來(lái)完成。再次，它還需要新型的廉價(jià)的壓縮氣體系統以?xún)Υ嫠�產(chǎn)生的氫氣和氧氣，然后用于發(fā)電。因此，要把這一發(fā)明真正規�；瘧�用還有很長(cháng)的路要走。
　　即便如此，人們仍然可以看到這一發(fā)明在未來(lái)發(fā)展的廣闊前景。正如前面所講，這一發(fā)明的核心在于將電能高效地以氫能的形式儲存起來(lái)。因此，其電力的來(lái)源也將不會(huì )僅局限于太陽(yáng)能電池，也可以是風(fēng)能、地熱能、核能，甚至化石燃料的化學(xué)能等。比如說(shuō)，很多人參觀(guān)風(fēng)力發(fā)電廠(chǎng)時(shí)會(huì )奇怪為什么有些風(fēng)機并不運轉，這并不是因為我們有太多的電力了，而是因為電網(wǎng)無(wú)法承受這些多出來(lái)的電力。據報道，由于無(wú)處儲存，僅在美國，去年一年就損失了25TWh的風(fēng)機潛在電力。而這一發(fā)明無(wú)疑將為解決這個(gè)問(wèn)題提供新的途徑�！�
　　“人造樹(shù)葉”還有很大的發(fā)展空間。也許在不遠的將來(lái)，“人造樹(shù)葉”也能兼具光系統Ⅰ的功能：通過(guò)合適的化學(xué)反應，讓“人造樹(shù)葉”吸收二氧化碳生成有機物。在地球已不堪重負的今天，將廢棄有害的二氧化碳通過(guò)這種類(lèi)似于光合作用的方式轉化成對人類(lèi)有用的有機物(如糖、醇類(lèi)等)，將是多么偉大的發(fā)明！