美國(guó)伯克利國(guó)家通過(guò)人工光合作用生產(chǎn)可再生太陽(yáng)能燃料

【摘要】伯克利實(shí)驗(yàn)室的物理生物科學(xué)部化學(xué)家Gary Moore帶領(lǐng)他的研究小組，通過(guò)對(duì)獨(dú)特的光陰極材料進(jìn)行效率分析，開(kāi)發(fā)了從陽(yáng)光中催化生產(chǎn)氫燃料的方法。

    伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合光合作用研究中心（JCAP）的最新研究顯示，設(shè)計(jì)用來(lái)存儲(chǔ)太陽(yáng)能的氫的混合材料中，近90%的電子都被存儲(chǔ)在了目標(biāo)氫分子中。該項(xiàng)研究成果已發(fā)表于Physical Chemistry Chemical Physics雜志上。
 
　　伯克利實(shí)驗(yàn)室的物理生物科學(xué)部化學(xué)家Gary Moore帶領(lǐng)他的研究小組，通過(guò)對(duì)獨(dú)特的光陰極材料進(jìn)行效率分析，開(kāi)發(fā)了從陽(yáng)光中催化生產(chǎn)氫燃料的方法。這種材料，是由半導(dǎo)體磷化鎵與具有一個(gè)產(chǎn)氫分子的鈷肟（cobaloxime）催化劑相連接形成的混合物，具有使用人工光合作用生產(chǎn)可再生太陽(yáng)能燃料的潛力。

　　研究人員指出，由于太陽(yáng)光是間歇可用的，因此需要找到整夜利用太陽(yáng)光的方法。使用燃料的化學(xué)鍵存儲(chǔ)太陽(yáng)能提供了較大的功率密度，這是現(xiàn)代運(yùn)輸系統(tǒng)中必不可少的。科學(xué)家們通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，將可見(jiàn)光的吸收和氫的生產(chǎn)結(jié)合在單一材料中的方法可以光激發(fā)電子，存儲(chǔ)在化學(xué)鍵中。

　　仿生葉片產(chǎn)生具有能量密度的燃料無(wú)非是通過(guò)太陽(yáng)、水和二氧化碳，沒(méi)有氧以外的副產(chǎn)品，代表一種理想的化石燃料的可再生能源替代品。但是，實(shí)現(xiàn)這一人工光合作用需要一些技術(shù)突破，包括高性能的光陰極材料，可以單純從陽(yáng)光中催化燃料生產(chǎn)。磷化鎵可以吸收可見(jiàn)光，比只吸收紫外線(xiàn)的半導(dǎo)體能夠產(chǎn)生數(shù)量更高的光電流。此外，與目前大多數(shù)太陽(yáng)能燃料發(fā)電機(jī)所用的鉑催化劑相比，鈷肟催化劑是一種相對(duì)低廉的金屬催化劑。這種方法的新穎之處是使用了分子催化劑元件與可見(jiàn)光吸收半導(dǎo)體相連結(jié)。研究人員通過(guò)效率分析證實(shí)了這種光陰極的光吸收元件是獲得較高電流密度的重要瓶頸。研究結(jié)果表明，太陽(yáng)光子撞擊混合半導(dǎo)體表面的總數(shù)，經(jīng)過(guò)測(cè)量在太陽(yáng)光譜整個(gè)波長(zhǎng)范圍（200到4000納米）內(nèi)只有1.5%可以增加光電流量。這說(shuō)明利用光吸收和改進(jìn)的光譜范圍是一個(gè)良好的開(kāi)端，同時(shí)也必須開(kāi)發(fā)快速、有效地催化劑以及新的附件化學(xué)品。這種模塊化裝配方法提供了一個(gè)可行的策略以測(cè)試新材料的組合。