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7 月 23 日消息，美國萊斯大學(xué)工程師研發(fā)出一種能夠?qū)㈥柟廪D(zhuǎn)化為氫氣的裝置，其效率創(chuàng)下了新的紀(jì)錄。這種裝置是一種光電化學(xué)電池，其采用了新一代鹵化物鈣鈦礦半導(dǎo)體和電催化劑，可以利用太陽能來驅(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)是清潔能源的重要進(jìn)步，也是一種利用太陽能制造化學(xué)品的潛在平臺(tái)。該裝置的設(shè)計(jì)關(guān)鍵在于一個(gè)防腐層，可以有效地將半導(dǎo)體與水隔離，同時(shí)不影響電子的傳遞。

據(jù)報(bào)道，該裝置擁有驚人的 20.8% 的太陽能轉(zhuǎn)氫能效率。該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，“利用太陽能作為制造化學(xué)品的能源來源是實(shí)現(xiàn)清潔能源經(jīng)濟(jì)的最大障礙之一。我們的目標(biāo)是建立經(jīng)濟(jì)可行的平臺(tái)，可以生成太陽能衍生的燃料。我們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)系統(tǒng)，它可以吸收光，并在其表面完成電化學(xué)水分解反應(yīng)。”

據(jù)了解，該裝置被稱為光電化學(xué)電池，因?yàn)槠湓谕粋€(gè)設(shè)備中完成了光的吸收、轉(zhuǎn)化為電力和利用電力來驅(qū)動(dòng)化學(xué)反應(yīng)的過程。以前，使用光電化學(xué)技術(shù)來生產(chǎn)綠色氫氣受到了低效率和半導(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)備都只使用陽光和水來產(chǎn)生綠色氫氣，但我們的設(shè)備是特別的，因?yàn)樗兄鴦?chuàng)紀(jì)錄的效率，而且它使用的是一種非常便宜的半導(dǎo)體。”

該裝置是由 Aditya Mohite 教授領(lǐng)導(dǎo)的實(shí)驗(yàn)室和其合作者共同開發(fā)出來的，他們將他們高競(jìng)爭(zhēng)力的太陽能電池改造成了一個(gè)反應(yīng)器，可以利用收集到的能量將水分解為氧氣和氫氣。他們必須克服的挑戰(zhàn)是，鹵化物鈣鈦礦在水中極不穩(wěn)定，而且用來隔絕半導(dǎo)體的涂層會(huì)干擾或損壞它們。

“在過去兩年里，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、該研究合作者之一 Michael Wong 教授說。經(jīng)過漫長(zhǎng)的嘗試后，研究人員終于找到了一個(gè)成功的解決方案。

Fehr 說：“我們關(guān)鍵的發(fā)現(xiàn)是，需要兩層防護(hù)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。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)突破，因?yàn)檫@個(gè)領(lǐng)域歷來被價(jià)格昂貴的半導(dǎo)體所主導(dǎo)，而且可能是這類設(shè)備第一次具備了商業(yè)可行性。”

研究人員展示了他們的防護(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)。“我們希望這樣的系統(tǒng)能夠作為一個(gè)平臺(tái)，利用太陽能收集到的電子來驅(qū)動(dòng)各種利用豐富原料制造燃料的反應(yīng)。”Mohite 教授說。“隨著穩(wěn)定性和規(guī)模的進(jìn)一步提高，這項(xiàng)技術(shù)可以開啟氫經(jīng)濟(jì)，并改變?nèi)祟惖纳a(chǎn)方式，從化石燃料轉(zhuǎn)向太陽能燃料。”Fehr 補(bǔ)充說。 

原標(biāo)題：工程師研發(fā)出效率破紀(jì)錄的太陽能制氫裝置，將陽光轉(zhuǎn)化為清潔能源