美國萊斯大學的工程師們將下一代鹵化物鈣鈦礦半導體與電催化劑集成在一個單一、耐用、經(jīng)濟、可擴展的設(shè)備中，創(chuàng)造出一種能將陽光轉(zhuǎn)化為氫氣的裝置，其效率達到了破紀錄的水平。

據(jù)悉，這種裝置本質(zhì)上是一種光電化學電池，其采用了新一代鹵化物鈣鈦礦半導體和電催化劑，可以利用太陽能來驅(qū)動各種化學反應(yīng)，將原料轉(zhuǎn)化為燃料。該技術(shù)是清潔能源向前邁出的重要一步，可以作為一個廣泛的化學反應(yīng)平臺，利用太陽能收集的電力將原料轉(zhuǎn)化為燃料。

根據(jù)研究人員的說法，該裝置的設(shè)計關(guān)鍵在于一個“防腐層”，可以有效地將半導體與水隔離，同時不影響電子的傳遞。據(jù)稱，該裝置擁有驚人的20.8%的太陽能轉(zhuǎn)氫能效率，最新研究成果已于近期發(fā)表在了《自然通訊》雜志上。

“利用陽光作為能源來制造化學品是清潔能源經(jīng)濟的最大障礙之一，”化學和生物分子工程博士生、該研究的主要作者之一Austin Fehr說：“我們的目標是建立經(jīng)濟上可行的平臺，可以產(chǎn)生太陽能衍生燃料。在這里，我們設(shè)計了一個吸收光并在其表面完成電化學水分解反應(yīng)的系統(tǒng)。”

據(jù)了解，這種裝置被稱為光電化學電池，因為其在同一個設(shè)備中完成了光的吸收、轉(zhuǎn)化為電力和利用電力來驅(qū)動化學反應(yīng)的過程。以前，使用光電化學技術(shù)來生產(chǎn)綠色氫氣受到了低效率和半導體成本高昂的限制。

Fehr說：“所有這種類型的設(shè)備都只使用陽光和水就能產(chǎn)生綠色氫，但我們的設(shè)備是不同的，因為它具有破紀錄的效率，而且它使用了非常便宜的半導體?！?/p>

具體而言，研究人員將太陽能電池改造成了一個反應(yīng)器，可以利用收集到的能量將水分解為氧氣和氫氣。但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，而且用來隔絕半導體的涂層會干擾或損壞它們。

“在過去的兩年里，我們反復嘗試不同的材料和技術(shù)，”萊斯大學化學工程師、該研究的合著者Michael Wong說。

不過最終，研究人員終于找到了一個成功的解決方案。

他們說，我們關(guān)鍵的發(fā)現(xiàn)是，需要兩層防護層，一層用來阻擋水，另一層用來在鈣鈦礦層和保護層之間形成良好的電接觸。我們的結(jié)果是光電化學電池中最高的效率，也是使用鹵化物鈣鈦礦半導體的最佳效果。

“這是一個突破，因為這個領(lǐng)域歷來被價格昂貴的半導體所主導，而且可能是這類設(shè)備第一次具備了商業(yè)可行性。”