美國(guó)萊斯大學(xué)的工程師研發(fā)出一種創(chuàng)下新紀(jì)錄的陽(yáng)光轉(zhuǎn)化為氫氣的裝置，效率高達(dá)20.8%。這種裝置是一種光電化學(xué)電池，采用新一代鹵化物鈣鈦礦半導(dǎo)體和電催化劑，利用太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)各種化學(xué)反應(yīng)，將原料轉(zhuǎn)化為燃料。

這項(xiàng)新技術(shù)的進(jìn)展對(duì)于清潔能源具有重要意義，同時(shí)也為利用太陽(yáng)能制造化學(xué)品提供了潛在平臺(tái)。該裝置的關(guān)鍵設(shè)計(jì)在于防腐層，能有效將半導(dǎo)體與水隔離，同時(shí)不影響電子的傳遞。

據(jù)《自然通訊》的一項(xiàng)研究報(bào)道，這種裝置的光能轉(zhuǎn)氫能效率達(dá)到了驚人的20.8%。研究的主要作者之一、萊斯大學(xué)化學(xué)和生物分子工程博士生Austin Fehr強(qiáng)調(diào)了這項(xiàng)工作的重要性，他們團(tuán)隊(duì)的目標(biāo)是建立經(jīng)濟(jì)可行的平臺(tái)，用于生成太陽(yáng)能衍生的燃料。該裝置能吸收光，并在其表面完成電化學(xué)水分解反應(yīng)。

據(jù)了解，這種裝置被稱為光電化學(xué)電池，因?yàn)樵谕辉O(shè)備中完成了光的吸收、轉(zhuǎn)化為電力以及利用電力驅(qū)動(dòng)化學(xué)反應(yīng)的過(guò)程。以前，使用光電化學(xué)技術(shù)生產(chǎn)綠氫受到低效率和半導(dǎo)體成本高昂的限制。

Fehr解釋了他們發(fā)明的特點(diǎn)：“所有這類設(shè)備都只使用陽(yáng)光和水來(lái)產(chǎn)生綠氫，但我們的設(shè)備獨(dú)具特色，因?yàn)榫哂袆?chuàng)紀(jì)錄的效率，并且使用非常便宜的新型半導(dǎo)體。”

該裝置由Aditya Mohite教授領(lǐng)導(dǎo)的實(shí)驗(yàn)室及其合作者共同開(kāi)發(fā)，他們將具有競(jìng)爭(zhēng)力的太陽(yáng)能電池改造成了一個(gè)反應(yīng)器，利用收集到的能量將水分解為氧氣和氫氣。研究團(tuán)隊(duì)面臨的主要挑戰(zhàn)是鹵化物鈣鈦礦在水中極不穩(wěn)定，同時(shí)用于隔絕半導(dǎo)體的涂層可能會(huì)干擾或損壞它們。

“在過(guò)去的兩年里，我們嘗試了不同的材料和技術(shù)。”萊斯大學(xué)化學(xué)工程師、研究合作者之一Michael Wong教授說(shuō)道。經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)的嘗試，研究團(tuán)隊(duì)終于找到了一個(gè)成功的解決方案。

Fehim表示：“我們關(guān)鍵的發(fā)現(xiàn)是，需要兩層防護(hù)層，一層用來(lái)阻擋水，另一層在鈣鈦礦層和保護(hù)層之間形成良好的電接觸。我們的結(jié)果是光電化學(xué)電池中最高的效率，也是使用鹵化物鈣鈦礦半導(dǎo)體的最佳效果。這是一個(gè)重大突破，因?yàn)樵擃I(lǐng)域長(zhǎng)期被價(jià)格昂貴的半導(dǎo)體主導(dǎo)，而我們的設(shè)計(jì)可能首次使這種設(shè)備具備了商業(yè)可行性。”

研究人員表示，這種防護(hù)層設(shè)計(jì)可以適用于不同的反應(yīng)和不同的半導(dǎo)體，使其可以應(yīng)用于多種系統(tǒng)。Mohite教授表示：“我們希望這樣的系統(tǒng)能夠作為一個(gè)平臺(tái)，利用太陽(yáng)能收集到的電子來(lái)驅(qū)動(dòng)各種利用豐富原料制造燃料的反應(yīng)。”Fehr補(bǔ)充道：“隨著穩(wěn)定性和規(guī)模進(jìn)一步提高，這項(xiàng)技術(shù)將開(kāi)啟氫經(jīng)濟(jì)，并改變?nèi)祟惖纳a(chǎn)方式，從化石燃料轉(zhuǎn)向太陽(yáng)能燃料。”