在能源危機(jī)日漸加劇的今天，尋找新能源成為人類日漸緊迫的任務(wù)。對(duì)于太陽(yáng)能的利用，人類仍處在一個(gè)低效和低利用率的階段。氫氣不失為新能源的一個(gè)優(yōu)良選擇，但目前的制取仍是一個(gè)大問(wèn)題。

        我從植物中得到啟發(fā)。光解水是植物進(jìn)行光合作用的一個(gè)關(guān)鍵步驟。在這個(gè)步驟中，葉綠體中的中心色素--兩個(gè)互相垂直的共軛原子團(tuán)能吸收太陽(yáng)光，在激發(fā)態(tài)從水中奪取電子，生成氧氣和氫離子。電子經(jīng)過(guò)傳遞，最終與氫離子和NADP+生成還原性的NADPH。

        聯(lián)想到水分子中氧原子為不等性sp3雜化，有兩個(gè)未共用電子對(duì)暴露在外。且H-O-H平面與2e--O-2e-平面垂直。氫離子的電子偏向氧原子，氧原子的未共用電子對(duì)有向外延伸的趨勢(shì)并能與另一個(gè)缺電子的氫原子形成氫鍵。

        如果先將一分子水用氫鍵鎖定在光催化劑分子內(nèi)部，用光催化劑的激發(fā)態(tài)奪取水分子中氧原子的非共用電子(每對(duì)中奪取一個(gè))，生成[H2O2+]，進(jìn)而生成O*和2H+，同時(shí)把奪取的電子通過(guò)共軛體系或光致電子轉(zhuǎn)移(PET)傳給H+，生成H2；2O*==O2并放出能量。這樣，一個(gè)催化周期完成了。這與“微電極模型”相似，但這是在一個(gè)定型分子內(nèi)完成的，因而可以有較高的能量利用率。

        通過(guò)這些推測(cè)，我認(rèn)為該催化劑分子將有兩個(gè)互相垂直(或近乎垂直)的共軛體系。其中一個(gè)為親核的，另一個(gè)為親電的。兩個(gè)體系均可接收光子而被激發(fā)，兩個(gè)體系間可以進(jìn)行光致電子轉(zhuǎn)移。一個(gè)可能的催化周期的流程如下：

        由于H2O的還原電勢(shì)為-0.830V，O2的還原電勢(shì)為-1.230V，卟吩激發(fā)態(tài)電勢(shì)可達(dá)到2V，故我采用卟吩為光敏中心。又因其有2個(gè)缺電子的氫原子在中間，故可直接作為親電體系。親核體系應(yīng)不易與氫氣反應(yīng)，且有未共用電子對(duì)，故我采用吡啶環(huán)作為它的核心部件。

        綜上，我初步設(shè)計(jì)的一個(gè)方案如下：

責(zé)編：微科普