元素百科为您介绍：2010年美国人工光合作用联合中心模拟自然中植物的光合作用，利用阳光、水和二氧化碳创造化学能源。(JCAP)成立时的主要目标。在过去的五年里，该中心的研究取得了重大进展。他们首次使用高效、安全、集成的太阳能系统来分离水分子并产生氢燃料。新研究的系统实验证明，10%的太阳能可以转化为化学能。
二氧化钛涂层的“人工叶”系统
这种被称为“人工叶”的新系统包括三个主要部件：两个电极-一个光电阳极、一个光电阴极和一层薄膜。光电阳极利用阳光氧化水分子，产生质子、电子和氧气。光电阴极结合质子和电子产生氢气。该系统的关键部分是塑料薄膜，它可以保证氧气和氢气的分离。如果两种气体混合并意外点燃，可能会爆炸。这层薄膜可以在压力条件下单独收集氢气，并安全送入管道。
硅、砷化镓等半导体能有效吸收光线，因此广泛应用于太阳能电池板中。然而，这些材料在遇水时会氧化（生锈），因此不能直接用于“人工叶片”系统。JCAP的研究人员在电极上添加了62.5 nm厚度的二氧化钛涂层可以有效防止砷化镓作为光电极的锈蚀，同时允许光线和电子通过。
二氧化钛膜使新系统更有效、更便宜
新系统的另一个突破是使用活性和低成本的催化剂来创造能源。光电阳极需要一种催化剂来促进分离水分子的化学反应。铂等稀有而昂贵的金属可以作为有效的催化剂。然而，该团队发现了2 二氧化钛薄膜表面添加nm厚度的镍，可作为更有效、更便宜的催化剂。
该集成系统的面积约为1平方厘米，可将10%的太阳能转化为可储存的化学能，并可持续工作40小时以上。JCAP技术总监、加州理工学院化学教授纳特·路易斯说：“这个新系统打破了人工叶技术在安全、性能和稳定性方面的综合纪录。”
“我们的研究证实，在集成系统中，有可能使用廉价的组件从太阳能中高效、安全地生产燃料。”路易斯说：“当然，我们需要继续努力延长系统的使用寿命，并设计一种低成本生产系统的方法，这两项工作都在进行中。”
责任编辑：qxl
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