新的人造樹葉在產(chǎn)生氫氣時，使用不太昂貴的鎳鉬鋅化合物取代鉑催化劑，大幅度降低了成本。

　　有一篇論文，詳細(xì)描述了開發(fā)的第一款實用人工樹葉，這是一個里程碑，會促進(jìn)可持續(xù)能源，模仿光合作用過程中的綠色植物，把水和陽光轉(zhuǎn)化成能量，這篇文章發(fā)表在美國化學(xué)學(xué)會(ACS)的期刊《化學(xué)研究報道》(Accounts of Chemical Research)上。文章指出，不像早期的設(shè)備那樣使用昂貴的成分，這種新設(shè)備采用廉價材料制成，而且采用了低成本的工程設(shè)計和制造工藝。

?

　　丹尼爾?G。諾塞拉(Daniel G. Nocera)指出，人工樹葉應(yīng)驗了意大利著名化學(xué)家的設(shè)想，這位化學(xué)家在1912年就預(yù)言，有朝一日，科學(xué)家會揭開“植物的深奧秘密”。諾塞拉說，其中最重要的，就是水分解成氫氣和氧氣的過程。人工樹葉有太陽光收集器，就夾在兩片薄膜之間，這兩片薄膜會生成氧氣和氫氣。浸入一瓶水中，在陽光的照射下，它就會冒泡，釋放出氫氣，可用于燃料電池，進(jìn)行發(fā)電。這些自足的裝置很有吸引力，可以制成電力燃料，用于偏僻的地方和發(fā)展中國家，但是，迄今為止展示的這些設(shè)計，都要依靠一些金屬，比如鉑(platinum)，也依靠一些制造工藝，這就使它成本過高。 為了使這些設(shè)備可以更廣泛的使用，諾塞拉取代了鉑催化劑，在產(chǎn)生氫氣時，使用不太昂貴的鎳鉬鋅(nickel-molybdenum-zinc)化合物。在葉片的另一面，鈷(cobalt)薄膜會產(chǎn)生氧氣。諾塞拉指出，所有這些材料在地球上都是豐富的，不像稀有和昂貴的鉑金，還有貴金屬氧化物和半導(dǎo)體材料，這都是其他人使用過的。“因為到本世紀(jì)中葉，正是這60億非傳統(tǒng)用戶會帶來能源需求的巨大增長，因此，一項研究目標(biāo)就是把太陽能提供給貧窮的地區(qū)，有些發(fā)現(xiàn)比如人工樹葉，會給全球社會提供一條最直接的途徑，邁向可持續(xù)能源的未來，”他說。 他們的論文《人工樹葉》(the Artificial Leaf)發(fā)表在2012年4月4日的《化學(xué)研究報道》上，文中介紹，為了把陽光能量轉(zhuǎn)換成化學(xué)能，葉子會分裂水，通過光合作用過程，產(chǎn)生分子狀態(tài)的氧和氫，氧和氫的形態(tài)都是分離的質(zhì)子和電子。天然光合作用的主要步驟包括吸收陽光，把它轉(zhuǎn)換成空間上分隔的電子-空穴對(electron–hole pairs)。這種無線電流空穴會被放氧復(fù)合體(OEC：oxygen evolving complex)捕獲，這個復(fù)合體屬于光系統(tǒng)Ⅱ(PSⅡ：photosystem II)，會把水氧化為氧氣。產(chǎn)生的電子和質(zhì)子是放氧復(fù)合體反應(yīng)的副產(chǎn)品，會被光合系統(tǒng)I的鐵氧還蛋白(ferrodoxin)捕獲。借助鐵氧還蛋白-煙酰胺腺嘌呤二核甙酸磷酸 +還原酶(ferrodoxin–NADP+ reductase)，它們可用于產(chǎn)生氫氣，形態(tài)是還原型煙酰胺腺嘌呤二核甙酸磷酸(NADPH)。合成材料要實現(xiàn)樹葉的太陽能轉(zhuǎn)換功能，這種光吸收材料就必須捕捉太陽光子，產(chǎn)生無線電流，并被催化劑利用，從而促進(jìn)四個電子/空穴對的燃料形成和水分解反應(yīng)，要在良性的條件下，采用1太陽(100 mW/cm2)的照明。 這篇報道介紹，制備人造樹葉，要采用地球上豐富的元素，用三節(jié)非晶硅光伏材料結(jié)合氫氣和氧氣釋放催化劑，這些催化劑的制備分別采用一種三元合金(NiMoZn)和鈷磷酸鹽簇(Co-OEC ：cobalt–phosphate cluster)。后者可利用光合系統(tǒng)II放氧復(fù)合體(PSII-OEC)的結(jié)構(gòu)和功能屬性。類似光合系統(tǒng)II放氧復(fù)合體，這種鈷磷酸鹽簇會自我組裝，這需要氧化地球上豐富的金屬離子，從2 +到 3 +，操作可在室溫下的天然水中進(jìn)行，具有自愈功能。這種鈷磷酸鹽簇也可激活H2O，這要利用質(zhì)子耦合電子傳遞機(jī)制，其中鈷磷酸鹽簇可以增加，采用四個空穴孔對等物，類似于S狀態(tài)抽泵的光合系統(tǒng)II(PSII)角周期(Kok cycle)。 X-射線吸收光譜的研究已經(jīng)表明，鈷磷酸鹽簇在結(jié)構(gòu)上關(guān)聯(lián)到Mn3CaO4，這種錳立方烷(cubane)，屬于光合系統(tǒng)II放氧復(fù)合體，其中，鈷取代錳，立方烷延長到共享的從頭至尾的二聚體(dimer)中。 可以進(jìn)行放氧反應(yīng)，采用的水要處于中性或接近中性的條件下，這會產(chǎn)生幾種結(jié)果，可以制備人工樹葉。NiMoZn合金可用于取代鉑，生成氫氣。為了穩(wěn)定水中的硅，要在它的表面涂上導(dǎo)電金屬氧化物，這樣，上面就可沉積鈷磷酸鹽簇。最終的結(jié)果是，三結(jié)硅片涂有NiMoZn和鈷磷酸鹽簇，在水中浸泡，在陽光下可以直接進(jìn)行太陽能轉(zhuǎn)換，只需要分解水。制成一種簡單的單機(jī)設(shè)備，采用地球上豐富的材料，這種人工樹葉就提供了一種方法，可用于廉價的高度分散的太陽能-燃料系統(tǒng)，只需采用低成本系統(tǒng)工程設(shè)計和制造工藝。采用這種類型的系統(tǒng)，太陽能就成為可行的電源，可用于非常規(guī)供電地區(qū)。