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自然界的植物光合作用可實現太陽能到化學能的轉化，而植物葉子中起光合作用的光系統以鑲嵌形式存在于葉綠體的類囊體膜中。這一特征是自然光合作用能有效運行的重要結構基礎。

受此啟發，劉崗團隊以熔融的低溫液態金屬為導電集流體和黏結劑在選定基體上規?；赡?，結合輥壓技術進行半導體顆粒的嵌入集成，實現了半導體顆粒的規模化植入。半導體顆粒鑲嵌在液態金屬導電集流體薄膜中形成三維立體的強接觸界面，其結構猶如鋪滿鵝卵石的路，不僅具有優異的結構穩定性，還具有突出的光生電荷收集能力。

研究人員以釩酸鉍為例介紹，嵌入式釩酸鉍顆粒的光電極活性比傳統的非嵌入式釩酸鉍光電極高兩倍，前者連續工作120小時幾乎無活性衰減。光電極從1平方厘米放大至64平方厘米后，單位面積的光電流密度仍可保持約70%，遠優于目前報道的大面積釩酸鉍光電極的活性保持率。同時嵌入產氧和產氫光催化材料，可實現光催化分解水制氫薄膜面板的規?；苽?，在可見光照射下，其活性是傳統非嵌入式金薄膜支撐光催化材料膜的近3倍，可持續工作上百小時無衰減。

此外，該技術還具有普適性好和原材料易回收等優勢。利用商業化半導體顆?？蓪崿F不同半導體光活性薄膜在不同基體上的規模化制備，所獲得的顆粒嵌入式薄膜的活性均顯著優于對照的非嵌入式樣品。在柔性基體上集成的薄膜在大曲率彎折10萬次后，仍可保持95%以上的初始活性。利用簡單的熱水超聲處理，即可將半導體顆粒、低溫液態金屬以及基體進行分離回收，實現再利用，且回收再集成獲得的人工光合成薄膜表現出與原始薄膜近乎相同的活性。

相關論文信息：

https://doi.org/10.1038/s41467-024-46073-6