一个由中国、加拿大和美国几家机构研究人员组成的团队发现了无机矿物系统中自然存在光电流证据。在发表于《美国国家科学院院刊》(Proceedings of the National Academy of Sciences)上的论文中，该小组描述了他们对中国不同地区自然产生的清漆和其他岩石表面涂层的研究。大多数人都见过岩石上形成的硬壳，有些是有机的，比如苔藓，有些是无机的，通常是由矿物质构成。在这项新研究中，研究人员发现了无机矿物外壳中存在光电流的证据。
光电材料是当暴露在光下时产生电能的材料，例如在太阳能电池中发现的那些材料。在自然界中，人们对有机光电系统了解甚多——它们构成了光合作用的基础。但直到现在，人们对将光转化为电的非生物系统知之甚少。研究人员怀疑，岩石外壳可能就是这样一种物质，因为它们中有许多含有铁和锰，而这两种元素已被用于人造光电流系统中。为了找出是否存在这种情况，研究人员在沙漠清漆样品上安装了传感器，然后让阳光照射到这些样品上，对没有清漆外壳类似岩石也做了同样的实验。
通过广泛的铁和锰矿物涂层，在岩石表面进行光电转换。图片：Anhuai Lu and Yan Li
清漆对光线的反应是释放电子，导致电流流动。当阳光照射到它们时，它们释放电子，当阳光被阻挡时，它们停止释放电子。在一些土壤样品中测试喀斯特和红色涂层时，也看到了同样的结果。在测试裸露的岩石时没有发现这种活动。研究小组认为，岩石涂层的行为类似于光电发生器。他们还指出，地球表面一些地区有大片被覆盖或结壳的岩石，这些岩石可能都在发电。不能说这有什么影响，但从理论上说，它可能在一些生物地球化学过程中发挥作用，在某些方面类似于生物光电系统。
在日地系统中，太阳能输入长期以来一直被认为对地球有深远影响。众所周知的光合系统使可持续太阳能转化为化学能成为可能。然而，还没有证据表明存在广泛的地质光收集系统。本研究揭示了这样一种“光电器件”，其中半导体铁和锰(oxyhydr)氧化物矿物涂层被发现覆盖在广阔的天然岩石/土壤表面，并表现出高度响应和稳定的光电子转换。发现可能通过广泛的铁和锰矿物涂层为地球表面重要的光子引起氧化还原化学提供支持。
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参考期刊文献:《美国国家科学院院刊》
DOI: 10.1073/pnas.1902473116
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