神奇不？在無機礦物中發現自然存在的光電流！

一個由中國、加拿大和美國幾家機構研究人員組成的團隊發現了無機礦物系統中自然存在光電流證據。在發表於《美國國家科學院院刊》(Proceedings of the National Academy of Sciences)上的論文中，該小組描述了他們對中國不同地區自然產生的清漆和其他岩石表面塗層的研究。大多數人都見過岩石上形成的硬殼，有些是有機的，比如苔蘚，有些是無機的，通常是由礦物質構成。在這項新研究中，研究人員發現了無機礦物外殼中存在光電流的證據。

光電材料是當暴露在光下時產生電能的材料，例如在太陽能電池中發現的那些材料。在自然界中，人們對有機光電系統了解甚多——它們構成了光合作用的基礎。但直到現在，人們對將光轉化為電的非生物系統知之甚少。研究人員懷疑，岩石外殼可能就是這樣一種物質，因為它們中有許多含有鐵和錳，而這兩種元素已被用於人造光電流系統中。為了找出是否存在這種情況，研究人員在沙漠清漆樣品上安裝了感測器，然後讓陽光照射到這些樣品上，對沒有清漆外殼類似岩石也做了同樣的實驗。

通過廣泛的鐵和錳礦物塗層，在岩石表面進行光電轉換。圖片：Anhuai Lu and Yan Li

清漆對光線的反應是釋放電子，導致電流流動。當陽光照射到它們時，它們釋放電子，當陽光被阻擋時，它們停止釋放電子。在一些土壤樣品中測試喀斯特和紅色塗層時，也看到了同樣的結果。在測試裸露的岩石時沒有發現這種活動。研究小組認為，岩石塗層的行為類似於光電發生器。他們還指出，地球表面一些地區有大片被覆蓋或結殼的岩石，這些岩石可能都在發電。不能說這有什麼影響，但從理論上說，它可能在一些生物地球化學過程中發揮作用，在某些方面類似於生物光電系統。

在日地系統中，太陽能輸入長期以來一直被認為對地球有深遠影響。眾所周知的光合系統使可持續太陽能轉化為化學能成為可能。然而，還沒有證據表明存在廣泛的地質光收集系統。本研究揭示了這樣一種「光電器件」，其中半導體鐵和錳(oxyhydr)氧化物礦物塗層被發現覆蓋在廣闊的天然岩石/土壤表面，並表現出高度響應和穩定的光電子轉換。發現可能通過廣泛的鐵和錳礦物塗層為地球表面重要的光子引起氧化還原化學提供支持。

博科園-科學科普｜Copyright Science X Network/Bob Yirka/Phys

參考期刊文獻:《美國國家科學院院刊》

DOI: 10.1073/pnas.1902473116

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