据《文汇报》报道，利用太阳能发电采暖，是节能减排、减少雾霾污染的有效途径之一。然而，困扰太阳能发电最棘手的问题之一是黑夜，随着雾霾天气的增多，即便是白天的太阳能应用也受到了挑战。在这种背景下，一种极普通的物质——铁锈，成了国际科技界关注的新宠。只要能让铁锈的电子行动自如，它就能变成一种神奇的材料，为廉价地进行太阳能发电提供有效的途径。

　　突破太阳能应用瓶颈神奇物质进入研究视野

       电极上哪怕生出零星的铁锈，都会让大多数工程师感到惊慌失措。但是，肯尼思·哈迪和艾伦·巴德这一对伙伴却利用这种最廉价的材料，探寻出了廉价的太阳能发电方法。他们大致的原理是对铁锈进行电流诱导，制成电极，只要接触到微弱的可见光，电极就会产生功率虽小、但仍可利用的电流来。

       这段插曲发生在1975年，其时正值硅作为新兴材料的“佼佼者”脱颖而出的时期。硅的非凡效率使它成为太阳能光伏电池的支柱，从那时以来一直在市场上独占鳌头，铁锈压根儿就没有堪与比肩的电气性质。在德克萨斯大学取得的小小突破被束之高阁，人们想到铁锈的唯一场合，是他们发现有必要予以清除的时候。

       但是，在过去几年里，聚光灯重又开始投射到这种神奇的物质上。虽然在将太阳能转变为电力的效率方面，二氧化铁（铁锈）无法和硅相提并论，但是它能做一些硅做不到的事，例如帮助太阳能的储存。困扰太阳能发电最棘手研究人员开始将目光重新投向铁锈。二氧化铁具有高达2.1eV的能源“命中率”，它还不带任何毒性，而且非常便宜。更为重要的是，它的“库存量”简直丰富到无所不在的地步。

纳米技术操控物理结构成本低廉令硅黯然失色

       铁锈的稳定性同样十分重要。很多材料受到水裂解的腐蚀后会发生变形，但二氧化铁在腐蚀性环境中能维持长达一年，有人认为其耐蚀时间可能会更长，因为正如伦敦帝国理工学院的克劳斯·海尔加德所描述的，“它不像是会生锈变形的样子。”

       铁锈不是世界上最擅长将太阳能转变成氢的“高手”，最近的研究成果表明其理论极限值为16.8%。但光凭其来源丰富这一点就意味着数量是能弥补质量不足的。

       不过，这种“灰姑娘式”的材料依然缺失一只水晶鞋。“它迄今为止的表现不甚理想，”加州理工学院的纳特·刘易斯说，“那并不意味着我们无法让它有更好的表现。”

       铁锈具有适合电解水的物理属性，但仅凭这一点并不意味着它能独力完成使命。所以，过去十年的铁锈研究大多是围绕着水中诱导电子而展开的。

       需要解决的第一个问题，就是当年让哈迪和巴德陷于两难困境的同样障碍。二氧化铁的导电性不是很好，无法靠自身力量将足够的电子往外发送到更能发挥作用的边缘上。它需要得到来自外界的刺激，一个办法就是从所谓的串叠型电池装置中获取额外的太阳能。1991年，瑞士联邦理工学院（EPFL）洛桑分校的工程师迈克尔·格雷策尔，利用为强化对光子吸收而用染料经过处理的薄层二氧化钛研制成染料敏化太阳能电池。在没有硅的情况下，这是一条生成电流既简易又廉价的捷径。只要将最终形成的电流反馈给底下的铁锈层，它们就能推出适合对水电解的正确电子。
       光伏发电的的问题之一是黑夜，而呈薄片状的铁锈也许正能在突破这一瓶颈制约上发挥作用。以色列理工大学的艾夫纳·罗特席尔德和他的团队转而求助于量子物理学。他们的装置将输入光诱捕到30纳米的铁锈薄膜上。光子进入装置后被迫挤入一个以V形镜面相向的小室内，镜面在那里将它们来回地折射到被吸收为止。更何况，随之而来的是向前后传播的光波以及它们之间进一步增强吸收效应的干扰，尤其是在靠近薄膜表面的部位上，电子和洞孔有可能在重新结合前轻易地抵达表面。装置幸亏经过这一微调才得以将输入光吸收71%，同时又薄得能让电子逃逸，最终形成了4.9%的理论效率。

       按照二氧化铁的低标准来看，那已经是够令人印象深刻的，却并不完全适合用作商品原料。这里终于触及到铁锈的真正“天赋”，尽管它的效率低得无以复加，为什么最终还是会令硅黯然失色呢？希弗拉说，就算它绝对达不到16%这个最大值，但依然是价格低廉的，可以大批量地进行制备。“归根结蒂，重要的不是效率而是每瓦电力的成本。”卡茨说。他表示，即使效率只有10%，只要“价格公道”也会强于50%的光伏电池，因为每个表面用铁锈涂覆一遍花不了多少钱。

       而这恰恰是研究人员所追求的目标。希弗拉认为可以把他的铁“花椰菜”混合物涂抹到类似墙纸的物体上，成片成片地打印出太阳能电池，无论在什么地方都可以生成氢。沙漠中孤独的前哨基地会变成美好的家园，工艺处理可以使用经过滤的废水。