美國萊斯大學的工程師研發(fā)出一種創(chuàng)下新紀錄的陽光轉(zhuǎn)化為氫氣的裝置，效率高達20.8%。這種裝置是一種光電化學電池，采用新一代鹵化物鈣鈦礦半導體和電催化劑，利用太陽能驅(qū)動各種化學反應，將原料轉(zhuǎn)化為燃料。

這項新技術(shù)的進展對于清潔能源具有重要意義，同時也為利用太陽能制造化學品提供了潛在平臺。該裝置的關鍵設計在于防腐層，能有效將半導體與水隔離，同時不影響電子的傳遞。

據(jù)《自然通訊》的一項研究報道，這種裝置的光能轉(zhuǎn)氫能效率達到了驚人的20.8%。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(diào)了這項工作的重要性，他們團隊的目標是建立經(jīng)濟可行的平臺，用于生成太陽能衍生的燃料。該裝置能吸收光，并在其表面完成電化學水分解反應。

據(jù)了解，這種裝置被稱為光電化學電池，因為在同一設備中完成了光的吸收、轉(zhuǎn)化為電力以及利用電力驅(qū)動化學反應的過程。以前，使用光電化學技術(shù)生產(chǎn)綠氫受到低效率和半導體成本高昂的限制。

Fehr解釋了他們發(fā)明的特點：“所有這類設備都只使用陽光和水來產(chǎn)生綠氫，但我們的設備獨具特色，因為具有創(chuàng)紀錄的效率，并且使用非常便宜的新型半導體。”

該裝置由Aditya Mohite教授領導的實驗室及其合作者共同開發(fā)，他們將具有競爭力的太陽能電池改造成了一個反應器，利用收集到的能量將水分解為氧氣和氫氣。研究團隊面臨的主要挑戰(zhàn)是鹵化物鈣鈦礦在水中極不穩(wěn)定，同時用于隔絕半導體的涂層可能會干擾或損壞它們。

“在過去的兩年里，我們嘗試了不同的材料和技術(shù)。”萊斯大學化學工程師、研究合作者之一Michael Wong教授說道。經(jīng)過漫長的嘗試，研究團隊終于找到了一個成功的解決方案。

Fehim表示：“我們關鍵的發(fā)現(xiàn)是，需要兩層防護層，一層用來阻擋水，另一層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。這是一個重大突破，因為該領域長期被價格昂貴的半導體主導，而我們的設計可能首次使這種設備具備了商業(yè)可行性。”

研究人員表示，這種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(tǒng)。Mohite教授表示：“我們希望這樣的系統(tǒng)能夠作為一個平臺，利用太陽能收集到的電子來驅(qū)動各種利用豐富原料制造燃料的反應。”Fehr補充道：“隨著穩(wěn)定性和規(guī)模進一步提高，這項技術(shù)將開啟氫經(jīng)濟，并改變?nèi)祟惖纳a(chǎn)方式，從化石燃料轉(zhuǎn)向太陽能燃料。”