美國萊斯大學(xué)工程師將下一代鹵化物鈣鈦礦半導(dǎo)體與電催化劑相結(jié)合，研制出了一款耐用、成本效益高且可擴(kuò)展的光電化學(xué)電池，其能以20.8%破紀(jì)錄的效率將太陽能轉(zhuǎn)化為氫氣。最新設(shè)備可作為一個(gè)化學(xué)反應(yīng)平臺(tái)，利用太陽能產(chǎn)生燃料。相關(guān)論文刊發(fā)于最新一期《自然·通訊》雜志。

研究團(tuán)隊(duì)表示，利用陽光作為能源制造化學(xué)品是清潔能源經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域的最大難題之一，他們希望建立經(jīng)濟(jì)可行的平臺(tái)，利用太陽能產(chǎn)生燃料。鑒于此，在最新研究中，他們?cè)O(shè)計(jì)出能將吸收的光轉(zhuǎn)化為電，并利用轉(zhuǎn)化而來的電力完成水解反應(yīng)生成氫氣的光電化學(xué)電池。

迄今，利用光電化學(xué)技術(shù)生產(chǎn)綠氫(由太陽能等可再生能源產(chǎn)生的氫)一直面臨半導(dǎo)體效率低且成本高兩大障礙。研究團(tuán)隊(duì)還有一個(gè)必須要克服的挑戰(zhàn)是，鹵化物鈣鈦礦在水中極不穩(wěn)定，用于讓半導(dǎo)體絕緣的涂層要么會(huì)破壞其功能，要么會(huì)損壞它們。

經(jīng)過多次嘗試，研究人員終于成功找到了解決方案。他們認(rèn)為屏障需要兩層，一層用來阻擋水;另一層用來在鈣鈦礦層和保護(hù)層之間形成良好的電接觸。最終在使用鹵化物鈣鈦礦半導(dǎo)體的情況下，光電化學(xué)電池的效率達(dá)最高。

團(tuán)隊(duì)表示，所有此類設(shè)備都只使用陽光和水來生產(chǎn)綠氫，但此次研發(fā)的設(shè)備獨(dú)特之處在于，它將太陽能轉(zhuǎn)化為氫的效率創(chuàng)出新紀(jì)錄，而且其使用的半導(dǎo)體非常便宜。研究人員希望這樣的系統(tǒng)可成為一個(gè)新平臺(tái)，僅以陽光為能量輸入，驅(qū)動(dòng)電子發(fā)生反應(yīng)，并生成燃料。