人工树叶将太阳能转为化学能

18 09月 2015

2015-09-18 10:27

模拟大自然中植物的光合作用，用阳光、水和二氧化碳制造出可按需使用的化学能源。2015年，美国人工光合作用联合中心(JCAP)首次使用高效、安全、集成的太阳能系统分离水分子并制造出氢气燃料，新研究的系统实验证明可将10%的太阳能转化为化学能。

“人工树叶”新系统包含三种主要部件：光电阳极、光电阴极及薄膜。光电阳极利用阳光来氧化水分子，产生质子、电子和氧气；光电阴极将质子和电子结合起来产生氢气；塑料薄膜可以保证氧气和氢气的分离，如果两种气体混合起来并被意外点燃，可能会产生爆炸，这层薄膜可以让氢气在压力条件下单独被收集起来，并被安全送入管道。

硅和砷化镓等半导体可以高效吸收光，但是这些材料遇水会氧化(生锈)，因此无法直接用于“人工树叶”系统。JCAP的研究人员在电极上添加了62.5纳米厚度的二氧化钛涂层，在允许光照和电子通过的同时有效地阻止了以砷化镓为材料的光电极的生锈。

新系统的另外一个突破是使用了活跃的、成本低廉的催化剂来制造能源。该团队发现，将2纳米厚度的镍添加在二氧化钛薄膜表面，可以作为更有效且更低廉的催化剂。

这一集成系统的面积约为1平方厘米，可以将10%的太阳能转化为能储存的化学能，并可持续工作40小时以上。