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萊斯大學的工程師們能以破紀錄的效率將太陽光轉(zhuǎn)化為氫氣，這要歸功于一種裝置，它將新一代鹵化物包晶半導體與電催化劑結(jié)合在一個單一、耐用、高成本效益和可擴展的裝置中。這項新技術(shù)在清潔能源領域邁出了重要一步，可作為利用太陽能收集的電能將原料轉(zhuǎn)化為燃料的各種化學反應的平臺。革命性的光反應器設計阿迪提亞-莫希特（Aditya M
萊斯大學的工程師們能以破紀錄的效率將太陽光轉(zhuǎn)化為氫氣，這要歸功于一種裝置，它將新一代鹵化物包晶半導體與電催化劑結(jié)合在一個單一、耐用、高成本效益和可擴展的裝置中。這項新技術(shù)在清潔能源領域邁出了重要一步，可作為利用太陽能收集的電能將原料轉(zhuǎn)化為燃料的各種化學反應的平臺。 革命性的光反應器設計 阿迪提亞-莫希特（Aditya Mohite）的實驗室專門從事化學和生物分子工程研究，是建造這種集成光反應器的領頭人。該裝置設計中的一個關(guān)鍵因素是防腐蝕屏障，它能有效地將半導體與水隔絕，同時又不妨礙電子轉(zhuǎn)移。據(jù)發(fā)表在《自然-通訊》（Nature Communications）上的研究報告稱，該裝置的太陽能-氫氣轉(zhuǎn)換效率高達 20.8%，令人印象深刻。 奧斯汀-費爾（Austin Fehr）是一名化學與生物分子工程博士生，也是這項研究的主要作者之一，他強調(diào)了這項工作的重要性："利用陽光作為能源生產(chǎn)化學品是實現(xiàn)清潔能源經(jīng)濟的最大障礙之一。我們的目標是建立經(jīng)濟上可行的平臺，生成太陽能衍生燃料。在這里，我們設計了一種能吸收光線并在其表面完成電化學分水化學反應的系統(tǒng)。" 這種裝置被稱為光電化學電池，因為光的吸收、轉(zhuǎn)化為電能以及利用電能為化學反應提供動力都發(fā)生在同一個裝置中。迄今為止，利用光電化學技術(shù)生產(chǎn)綠色氫氣一直受到效率低和半導體成本高的阻礙。 費爾解釋了他們發(fā)明的與眾不同之處："所有這種類型的設備都只利用陽光和水產(chǎn)生綠色氫氣，但我們的設備很特別，因為它的效率破了紀錄，而且使用的半導體非常便宜。" 莫希特實驗室及其合作者通過將他們極具競爭力的太陽能電池轉(zhuǎn)化為反應器，利用收集到的能量將水分離成氧氣和氫氣，從而創(chuàng)造出了這一裝置。他們必須克服的挑戰(zhàn)是，鹵化物過氧化物晶石在水中極不穩(wěn)定，用于絕緣半導體的涂層最終不是破壞了它們的功能，就是損壞了它們。 "在過去的兩年里，我們反反復復嘗試了不同的材料和技術(shù)，"這項研究的合著者、萊斯大學化學工程師邁克爾-王（Michael Wong）說。 在漫長的試驗未能取得預期效果后，研究人員終于找到了一個成功的解決方案。 Fehr說："我們的主要見解是，你需要兩層屏障，一層用來阻擋水，一層用來在過氧化物層和保護層之間實現(xiàn)良好的電接觸。我們的成果是無太陽能濃縮的光電化學電池中效率最高的，也使用鹵化物包晶石半導體的光電化學電池中整體效率最高的。" 對于一個歷來由昂貴得令人望而卻步的半導體所主導的領域來說，這是一個創(chuàng)舉，它可能代表了有史以來第一次實現(xiàn)這類設備商業(yè)可行性的途徑。研究人員介紹說，他們的阻擋層設計適用于不同的反應和不同的半導體，因此適用于許多系統(tǒng)。 莫希特小組介紹說："我們希望這樣的系統(tǒng)能成為一個平臺，利用豐富的原料，只需陽光作為能量輸入，就能驅(qū)動各種電子進行燃料形成反應。" Fehr補充說："隨著穩(wěn)定性和規(guī)模的進一步提高，這項技術(shù)可以開啟氫經(jīng)濟，改變?nèi)祟悘幕剂系教柲苋剂系闹圃旆绞健? |
