摘要：北京時間7月3日消息，科學(xué)日報報道，水離解是維持地球上生命的至關(guān)重要的反應(yīng)之一，它或可能是產(chǎn)生未來燃料的關(guān)鍵。水離解是光合作用過程的關(guān)鍵，植物利用水和二氧化碳通過光合作用產(chǎn)生葡萄糖和氧氣，其中太陽光作為能量。然而，有關(guān)這個過程仍存在一些重大的謎題。
自然自身的水離解催化劑——它是基于錳而非更常見的元素，例如鐵、銅或者鎳——是不可思議的高效，科學(xué)家們一直在努力研究背后的原因以及我們能夠如何模仿自然系統(tǒng)。
圖中的石頭便是名為錳鋇礦的二氧化錳礦物質(zhì)。
其中一個基本謎題便是為什么自然總是利用錳，尤其考慮到在中性PH值的環(huán)境里——自然界的水PH值是中性的——錳一般是非常不活躍，這一事實非常出人意料�？茖W(xué)家們制造了很多基于錳的人工催化劑，但仍然無法在中性PH值環(huán)境里讓它們處于活躍狀態(tài)。
而在最新一項發(fā)表在期刊《自然通信》上的研究里，由中村龍平（Nakamura Ryuhei ）帶領(lǐng)的理化學(xué)研究所可持續(xù)資源中心的研究小組報告發(fā)現(xiàn)了基于礦物質(zhì)的催化劑，后者能夠在中性PH值環(huán)境里有效地將水離解成氧離子和氫離子（質(zhì)子）。據(jù)中村表示，這項研究的關(guān)鍵在于基于光譜發(fā)現(xiàn)所提供的新見解，也即只有當質(zhì)子和電子的轉(zhuǎn)移是合理同步時，水離解的催化劑才能變得非常高效。正常來說，人造催化劑是無法實現(xiàn)這一點的�？紤]到這一事實，研究小組提出了一項新的策略，通過糾正電子和質(zhì)子轉(zhuǎn)移在時間上的不同步性，以實現(xiàn)在中性PH值環(huán)境里錳氧化物催化活性的顯著提高。
向自然學(xué)習(xí)是這項研究的重要主題。據(jù)中村表示，“這項研究里所使用的阿爾法-錳氧化物是自然產(chǎn)生的錳礦里的主要組成物。我們非常驚訝的發(fā)現(xiàn)，一旦將電子和離子轉(zhuǎn)移的時間同步，即使是礦物樣的錳氧化物也能在中性PH值環(huán)境里有效地離解水。這項發(fā)現(xiàn)激勵了我們思考自然是如何將一般不活躍的錳礦轉(zhuǎn)變?yōu)樗x解的活躍催化劑�！�
可再生能源，例如太陽、風(fēng)、水力發(fā)電和地?zé)崮芤驎r間的不同而漲幅不定，因此儲存能量是創(chuàng)造可持續(xù)社會的至關(guān)重要的任務(wù)。水離解可以用于將能量轉(zhuǎn)化為氫。后者可以與大氣層里的氧結(jié)合形成清潔燃料，或者與海洋或大氣層里的二氧化碳結(jié)合產(chǎn)生碳氫燃料和物質(zhì)的原材料。中村希望能夠利用這一新知識創(chuàng)造一個電化學(xué)水離解裝置，后者能夠在中性環(huán)境里操作，將水作為資源進一步探索以產(chǎn)生新的燃料。
對中村而言，這項研究具有未來潛力�！爸参锷踔量梢岳米匀凰鳛橘Y源制造能源。它們無需酸性溶液或者堿性溶液，換句話說，自然會利用安全、清潔和普遍存在的水形式，從而創(chuàng)造真正可持續(xù)的生態(tài)系統(tǒng)。我希望我們的發(fā)現(xiàn)可以為中性PH值的水作為來源以產(chǎn)生可再生能源做出貢獻，后者是構(gòu)建可持續(xù)人類社會的基礎(chǔ)之一�！� | 
