在实现可持续能源发展方面，利用太阳能诱导化学反应具有重大的潜力。

　　众所周知，植物能够通过光合作用达到自给自足，这个高效的过程也是化学家长期以来梦寐以求想要模拟的。虽然近些年来，结合微流体光化学技术，可见光诱导的能量转化效率已经显著增加，但是对于太阳光进行直接利用的技术还是非常有限。

　　首席研究员蒂莫西·诺尔（TimothyNoel）和人工叶结构，该结构能够作为一个微型药物生产工厂，在任何有阳光的环境下生产药物。

　　近日，来自荷兰爱因霍芬科技大学的科学家开发了一种“人工树叶”发光微型反应器（Photo Microreactor，PM），它融合了发光太阳能聚光器（Luminescent solar concentrators，j2直播，LSCs）技术以及微流体光化学技术，能够直接利用太阳光辐射能进行高效、绿色、可持续的化学反应，类似于自然界树叶的光合作用过程。

　　该微型反应器有望用作微型药物生产工厂，实现大规模、高效、廉价的药物生产，并且能在任意可利用太阳光的环境下使用，所以该技术在制药业以及农业化学药物方面有很广泛的应用潜力。

　　该研究于2016年12月21日发表在科学杂志《应用化学》（Angewandte Chemie），并被标为“VIP文章”，这意味着该杂志认为这是一项杰出的、突破性的工作，该杂志仅有不超过5%的文章被冠以此称号。

太阳能聚光器-发光微型反应器（LCS-PM）工作原理

　　简单来说，这项技术的核心部件名为太阳能聚光器-发光微型反应器（LCS-PM），该反应器模拟了自然界树叶的光合作用过程——利用掺杂荧光染料（L305）的硅树脂作为发光太阳能聚光器（LSC）光波导，荧光染料（L305）吸收广谱太阳光并将能量汇聚到较窄的波长范围，发射出的下转换光子通过LSC光波导传输至微型反应通道中流动的化学物质（MB），诱导化学反应发生和化合物的生产。

　　整个LSC-PM装置的反应微通道主要接收两部分光子辐射：1）直接光子辐射；2）LSC光波导收集转化的光子辐射；其中，光捕获主要依靠掺杂荧光染料的硅树脂LSC装置。

　　研究者对比了掺杂荧光染料的LSC装置与未掺杂荧光染料的传统装置的光转化效率。首先，在LED蓝色光照射条件下（上图A），即便在全功率（0.31W）照射下，未掺杂荧光染料的装置光转化率只有21%；而对于掺杂200ppm荧光染料的LSC装置，仅需要大约十分之一功率（0.025）照射下，光转化率就达到了27%，开奖，表明了LSC-PM装置相比于传统装置的光谱转化的高效性。在模拟太阳光条件下（上图C），相比于未掺杂的传统装置，掺杂荧光染料的LSC-PM装置获得了高达4.5倍的光转化效率！

　　此外，在模拟广谱太阳光照射下，研究者设计了半遮挡的LSC-PM装置研究LSC光波导中光传输效率（上图B）。结果表明，未掺杂染料分子的装置即便在长达90s的滞留时间里，光转化率只有9%，而掺杂200ppm燃料分子的LSC-PM装置在90s时的光转化率达到了54%，光传输效率整整提升6倍！这表明了LSC-PM能够将初步转化的光子高效传输至反应微通道处，诱导化学反应发生。

　　同时，研究者也进行了自然太阳光户外实验对比测试。结果表明，在各种情况下，掺杂荧光染料的LSC-PM装置的光转化效率都远远高于未掺杂装置。换句话说，即便在多云天气条件下该装置仍然能工作。

　　来自荷兰爱因霍芬科技大学的首席研究员蒂莫西·诺尔（Timothy Noel）说：“理论上，通过这种设备你能在任何能利用太阳能的地方生产出药物化合物。”

　　目前，诺尔及其同事正努力进一步提高该人工叶装置的能效，并进一步提升产量。诺尔认为，如果去掉对电网的需要，未来就有可能在丛林中制造抗疟疾药物，甚至也能在未来的太空殖民地火星上制造药物。

　　荷兰爱因霍芬科技大学（Eindhoven University ofTechnology）科学家设计的人工叶结构。