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在許多科學家的眼中，樹葉是利用太陽能的“高手”。如果能人工造出“樹葉”，能源問題或許就能得到根本性解決。幾十年來，研制“人工樹葉”一直是科學家們神圣的終極奮斗目標之一。十多年前，美國國家可再生能源實驗室的約翰·特納，發明了第一片“人工樹葉”。不過，該裝置由貴重的金屬材料制成，且性能非常不穩定，因此未得到廣泛應用。
最近，這項研究終于有了新進展。美國科學家丹尼爾·諾切拉在第241屆美國化學學會的年會上宣布了其研究小組的最新進展——一種廉價高效的“人工樹葉”。他在報告中說：“將一加侖水和人造樹葉放置在陽光下，可以提供發展中國家一個家庭一天的基本用電。”
這種人工樹葉原型，可以持續進行光合作用達45小時。該裝置形狀像撲克牌，但比撲克牌要薄。你只需要將它放入水中，置于陽光下，它便可以將水分解為氫氣和氧氣，并將這兩種氣體存儲在燃料電池中，以此發電。一加侖的水(約合3.78升)生成的電量足夠滿足一間房子整天的電力需求。諾切拉說：不久的將來，印度和非洲的貧困村莊都將買得起應用這種技術的電力裝置。
這個發明引起了科學界乃至世界各國主流媒體的關注。它被認為是人類尋找替代能源的征程中一個里程碑式的發明，甚至有人認為這片小小的“樹葉”可能將徹底解決未來的能源和與之相關的環境問題。
“人工樹葉”通過一種化學催化材料，利用鎳和鈷，在陽光照耀下進行“半光合作用”，將水在一定的電壓下高效地電解為氧氣，同時產生質子和電子；產生的質子與電子可以結合，生成氫氣，提供一種清潔的能源。比起硅光電池板，這種“人工樹葉”顯然更便宜。更重要的一點在于：它不“挑食”，所以完全可以把各種廢水喂給它用來發電。鈷和磷酸鹽是強大的而且廉價的新催化劑，該催化劑由鎳和鈷制成，能在簡單的條件下有效地將水分解成氧氣和氫氣。諾切拉發明的人工樹葉進行光合作用的效率大約是自然樹葉的10倍。可以樂觀地認為，將來人工樹葉的光合效率將更高。現在，光合作用是以天然的方式進行并為自然界供能的。未來，光合作用可能也將通過人工樹葉的形式造福人類。
該項發明的核心在于發現了高效廉價的電解水的電極催化材料，從而讓規模化應用成為可能。
“人工樹葉”可以高效儲能，并有其他方式無法比擬的優勢。白天，將太陽能電池產生的電力通過電解水轉化為氫氣和氧氣，作為化學能儲存起來；晚上或陰雨天，又可以隨時通過燃料電池將儲存的化學能轉化為電能。
中國科學家也在進行這項研究。2010年，上海交通大學金屬基復合材料國家重點實驗室的科學家們將“人造葉子”的技術發布在當年的美國科學學會上。這個團隊用中國特有的植物——打碗碗花做實驗，先找到自然葉子收獲陽光的結構，再研制一種在功能上替代這種結構的化學物，為這片葉子貼上了“中國制造”的標簽。遺憾的是，這些成果都沒有進入實用領域，不是因為造價太昂貴，就是因為不穩定易銹蝕。諾切拉最新發布的這片葉子部分地解決了這一問題。
據報道，諾切拉所在的實驗室已經與印度的塔塔集團達成了合作協議。“到2011年年底，我們將可能在印度擁有基地。”諾切拉并不打算透露合作細節，但有媒體報道，塔塔集團投資1500萬美元來支持這項研究。
“我們的目標是讓每一個家庭擁有自己的發電站。”諾切拉說，“可以設想，在不久的將來，那些印度和非洲的村莊將有能力購買基于這種技術的基礎發電系統。”
人們在為這一發明興奮的同時，還應該清醒地意識到，所謂的“人工樹葉”其實還存在著較大的局限性。首先，“人工樹葉”并未真正實現自然界早已運行上億年的樹葉的全部功能，它僅僅模仿了樹葉中光系統II中的局部功能。其次，它的運行也要依賴太陽能電池和燃料電池來完成。再次，它還需要新型的廉價的壓縮氣體系統以儲存所產生的氫氣和氧氣，然后用于發電。因此，要把這一發明真正規模化應用還有很長的路要走。
即便如此，人們仍然可以看到這一發明在未來發展的廣闊前景。正如前面所講，這一發明的核心在于將電能高效地以氫能的形式儲存起來。因此，其電力的來源也將不會僅局限于太陽能電池，也可以是風能、地熱能、核能，甚至化石燃料的化學能等。比如說，很多人參觀風力發電廠時會奇怪為什么有些風機并不運轉，這并不是因為我們有太多的電力了，而是因為電網無法承受這些多出來的電力。據報道，由于無處儲存，僅在美國，去年一年就損失了25TWh的風機潛在電力。而這一發明無疑將為解決這個問題提供新的途徑。
“人造樹葉”還有很大的發展空間。也許在不遠的將來，“人造樹葉”也能兼具光系統Ⅰ的功能：通過合適的化學反應，讓“人造樹葉”吸收二氧化碳生成有機物。在地球已不堪重負的今天，將廢棄有害的二氧化碳通過這種類似于光合作用的方式轉化成對人類有用的有機物(如糖、醇類等)，將是多么偉大的發明！
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