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人們通常認為植物是食物、氧氣和裝飾的來源，但不認為它是電力的來源。然而，科學家們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過利用植物細胞內(nèi)電子的自然傳輸，有可能作為綠色生物太陽能電池的一部分來發(fā)電。在最近發(fā)表在ACS應用材料與界面雜志上的一項研究中，研究人員首次利用一種多肉植物創(chuàng)造了一個靠光合作用運行的活的"生物太陽能電池"。

從細菌和真菌到植物和動物，電子作為生物過程的一部分在所有活體細胞中自然傳輸。通過引入電極，可以利用這些細胞來產(chǎn)生可供外部使用的電力。以前的研究曾利用細菌創(chuàng)造了燃料電池，但它需要不斷地喂食。這種新方法使用光合作用，即植物將光能轉(zhuǎn)化為化學能的過程，來產(chǎn)生電流。

在這個過程中，光驅(qū)動來自水的電子流，最終導致氧氣和糖的產(chǎn)生。這意味著活體光合作用細胞不斷產(chǎn)生電子流，可以作為"光電流"被拉走，用于為外部電路供電，就像太陽能電池一樣。


這里顯示的肉質(zhì)植物可以成為一個活的太陽能電池，利用光合作用為一個電路供電。資料來源：改編自ACS應用材料與界面，2022，DOI：10.1021/acsami.2c15123

某些植物--比如在干旱環(huán)境中發(fā)現(xiàn)的多肉植物有厚厚的角質(zhì)層以保持葉片內(nèi)的水分和營養(yǎng)。Yaniv Shlosberg、Gadi Schuster和Adir想觀察多肉植物的光合作用是否能利用其內(nèi)部的水和營養(yǎng)物質(zhì)作為電化學電池的電解質(zhì)溶液為活體太陽能電池創(chuàng)造能量。

研究人員利用肉質(zhì)植物Corpuscularia lehmannii（也被稱為"短葉冰花"）創(chuàng)造了一個活的太陽能電池。他們將一個鐵陽極和鉑陰極插入該植物的一片葉子中，發(fā)現(xiàn)其電壓為0.28V。當連接到一個電路中時，它產(chǎn)生了高達20μA/cm2的光電流密度，當暴露在光線下時，可以持續(xù)產(chǎn)生一天以上的電流。雖然這些數(shù)字比傳統(tǒng)的堿性電池要小，但它們畢竟只是代表一片葉子。

以前對類似有機裝置的研究表明，將多片葉子串聯(lián)起來可以提高電壓。該團隊特別設計了活體太陽能電池，以便內(nèi)部葉片溶液內(nèi)的質(zhì)子可以在陰極結(jié)合形成氫氣，這種氫氣可以被收集并用于其他應用。研究人員說，他們的方法可以使未來可持續(xù)的、多功能的綠色能源技術(shù)得到發(fā)展。

原標題：科學家們開發(fā)了一種依靠光合作用運行的活體"生物太陽能電池"