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    我国学者在矿物转化太阳能光电效应领域取得重要进展

    日期 2019-05-05   来源:地球科学部   作者:陈曦 初航 任建国  【 】   【打印】   【关闭

    图. 行星表面“矿物膜”进行的光电转换(来源:phys.org)

      在国家自然科学基金项目(批准号:41230103,41522201)等资助下,北京大学地球与空间科学学院鲁安怀、李艳和丁竑瑞以及物理学院刘开辉与美国Virginia Tech大学Michael F. Hochella Jr.等合作,在矿物转化太阳能光电效应领域取得重要进展。相关研究成果以“Photoelectric Conversion on Earth’s Surface via Widespread Fe- and Mn-mineral Coatings”(地表铁锰氧化物矿物膜转化太阳能光电效应)为题, 2019年4月22日在线发表于Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America(《美国科学院院刊》)。全文链接:https://www.pnas.org/content/early/2019/04/16/1902473116。

      地球陆地上有机生物和无机矿物共同暴露在阳光下。光合作用被誉为地球上规模最大、最重要的太阳光能量吸收与转化反应。然而,自然界是否还普遍存在其它类型的太阳能收集和利用系统,此前鲜被提及和关注。该项研究通过对中国北方戈壁、沙漠以及南方喀斯特和红壤等典型地貌中岩石/土壤样品的深入观测分析,发现直接暴露在太阳光下的岩石/土壤颗粒体表面普遍被一层铁锰(氢氧)氧化物“矿物膜”(mineral coating)所覆盖。通过应用微区与原位光电测试手段,获得微米尺度上“矿物膜”光电流信号面分布结果。发现仅富铁锰“矿物膜”区域表现出显著的光电流信号,而无铁锰元素富集的基岩不产生光电流响应。研究提出天然“矿物膜”具有稳定、灵敏的日光光子—光电子转换能力,证实太阳光也一直作用于地表矿物,产生能量的吸收与转化现象而发生非经典光合作用。

      此项发现拓展了我们对自然界太阳能利用途径的新认识,即天然无机矿物也存在与有机光合作用相当的太阳能转化利用系统,同时,为研究光合作用系统的起源和人工光合作用研究提供了新的视角。成果发表之后,美国Phys.org、德国Scinexx、俄罗斯nplus1以及新华社、科学网、光明日报、中国日报、北京日报和今日头条等国内外新闻媒体机构立即进行了报道。




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