科学家研究如何将水转化为能源

水离解是维持地球上生命的至关重要的反应之一，它或可能是产生未来燃料的关键。水离解是光合作用过程的关键，植物利用水和二氧化碳通过光合作用产生葡萄糖和氧气，其中太阳光作为能量。然而，有关这个过程仍存在一些重大的谜题。自然自身的水离解催化剂——它是基于锰而非更常见的元素，例如铁、铜或者镍——是不可思议的高效，科学家们一直在努力研究背后的原因以及我们能够如何模仿自然系统。

　　图中的石头便是名为锰钡矿的二氧化锰矿物质。

　　其中一个基本谜题便是为什么自然总是利用锰，尤其考虑到在中性PH值的环境里——自然界的水PH值是中性的——锰一般是非常不活跃，这一事实非常出人意料。科学家们制造了很多基于锰的人工催化剂，但仍然无法在中性PH值环境里让它们处于活跃状态。

　　而在最新一项发表在期刊《自然通信》上的研究里，由中村龙平（Nakamura Ryuhei ）带领的理化学研究所可持续资源中心的研究小组报告发现了基于矿物质的催化剂，后者能够在中性PH值环境里有效地将水离解成氧离子和氢离子（质子）。据中村表示，这项研究的关键在于基于光谱发现所提供的新见解，也即只有当质子和电子的转移是合理同步时，水离解的催化剂才能变得非常高效。正常来说，人造催化剂是无法实现这一点的。考虑到这一事实，研究小组提出了一项新的策略，通过纠正电子和质子转移在时间上的不同步性，以实现在中性PH值环境里锰氧化物催化活性的显著提高。