7 月 23 日消息，美國萊斯大學工程師研發出一種能夠將陽光轉化為氫氣的裝置，其效率創下了新的紀錄。這種裝置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動各種化學反應，將原料轉化為燃料。

這項新技術是清潔能源的重要進步，也是一種利用太陽能制造化學品的潛在平臺。該裝置的設計關鍵在于一個防腐層，可以有效地將半導體與水隔離，同時不影響電子的傳遞。

據《自然通訊》發表的一項研究報道，該裝置擁有驚人的 20.8% 的太陽能轉氫能效率。該研究的主要作者之一、萊斯大學化學和生物分子工程博士生 Austin Fehr 強調了這項工作的重要性，“利用太陽能作為制造化學品的能源來源是實現清潔能源經濟的最大障礙之一。我們的目標是建立經濟可行的平臺，可以生成太陽能衍生的燃料。我們設計了一個系統，它可以吸收光，并在其表面完成電化學水分解反應。”

據了解，該裝置被稱為光電化學電池，因為其在同一個設備中完成了光的吸收、轉化為電力和利用電力來驅動化學反應的過程。以前，使用光電化學技術來生產綠色氫氣受到了低效率和半導體成本高昂的限制。

Fehr 解釋了他們發明的特點：“所有這類設備都只使用陽光和水來產生綠色氫氣，但我們的設備是特別的，因為它有著創紀錄的效率，而且它使用的是一種非常便宜的半導體。”

該裝置是由 Aditya Mohite 教授領導的實驗室和其合作者共同開發出來的，他們將他們高競爭力的太陽能電池改造成了一個反應器，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是，鹵化物鈣鈦礦在水中極不穩定，而且用來隔絕半導體的涂層會干擾或損壞它們。

“在過去兩年里，我們嘗試了不同的材料和技術。”萊斯大學化學工程師、該研究合作者之一 Michael Wong 教授說。經過漫長的嘗試后，研究人員終于找到了一個成功的解決方案。

Fehr 說：“我們關鍵的發現是，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，因為這個領域歷來被價格昂貴的半導體所主導，而且可能是這類設備第一次具備了商業可行性。”

研究人員展示了他們的防護層設計可以適用于不同的反應和不同的半導體，使其可以應用于多種系統。“我們希望這樣的系統能夠作為一個平臺，利用太陽能收集到的電子來驅動各種利用豐富原料制造燃料的反應。”Mohite 教授說。“隨著穩定性和規模的進一步提高，這項技術可以開啟氫經濟，并改變人類的生產方式，從化石燃料轉向太陽能燃料。”Fehr 補充說。

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總結

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