美國伯克利國家通過人工光合作用生產(chǎn)可再生太陽能燃料

【摘要】伯克利實驗室的物理生物科學(xué)部化學(xué)家Gary Moore帶領(lǐng)他的研究小組，通過對獨特的光陰極材料進(jìn)行效率分析，開發(fā)了從陽光中催化生產(chǎn)氫燃料的方法。

    伯克利國家實驗室聯(lián)合光合作用研究中心（JCAP）的最新研究顯示，設(shè)計用來存儲太陽能的氫的混合材料中，近90%的電子都被存儲在了目標(biāo)氫分子中。該項研究成果已發(fā)表于Physical Chemistry Chemical Physics雜志上。
 
　　伯克利實驗室的物理生物科學(xué)部化學(xué)家Gary Moore帶領(lǐng)他的研究小組，通過對獨特的光陰極材料進(jìn)行效率分析，開發(fā)了從陽光中催化生產(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)可再生太陽能燃料的潛力。

　　研究人員指出，由于太陽光是間歇可用的，因此需要找到整夜利用太陽光的方法。使用燃料的化學(xué)鍵存儲太陽能提供了較大的功率密度，這是現(xiàn)代運輸系統(tǒng)中必不可少的?？茖W(xué)家們通過研究發(fā)現(xiàn)，將可見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，存儲在化學(xué)鍵中。

　　仿生葉片產(chǎn)生具有能量密度的燃料無非是通過太陽、水和二氧化碳，沒有氧以外的副產(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，可以單純從陽光中催化燃料生產(chǎn)。磷化鎵可以吸收可見光，比只吸收紫外線的半導(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光吸收半導(dǎo)體相連結(jié)。研究人員通過效率分析證實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，太陽光子撞擊混合半導(dǎo)體表面的總數(shù)，經(jīng)過測量在太陽光譜整個波長范圍（200到4000納米）內(nèi)只有1.5%可以增加光電流量。這說明利用光吸收和改進(jìn)的光譜范圍是一個良好的開端，同時也必須開發(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可行的策略以測試新材料的組合。