装置以创纪录的效率从阳光中提取氢气

莱斯大学的工程师能够以破纪录的效率将太阳光转化为氢气，这要归功于一种将下一代卤化物钙钛矿半导体与电催化剂结合在一个单一、耐用、经济高效且可扩展的设备中的设备。

这项新技术是清洁能源向前迈出的重要一步，可以作为各种化学反应的平台，利用太阳能收集的电力将原料转化为燃料。

化学和生物分子工程师AdityaMohite的实验室使用防腐屏障构建了集成光反应器，该防腐屏障使半导体与水隔离，而不妨碍电子传输。根据《自然通讯》发表的一项研究，该装置实现了20.8%的太阳能到氢气的转换效率。

“使用阳光作为能源来制造化学品是清洁能源经济的最大障碍之一，”化学和生物分子工程博士生、该研究的主要作者之一奥斯汀·菲尔说。“我们的目标是建立经济上可行的平台，可以产生太阳能衍生燃料。在这里，我们设计了一个吸收光并在其表面完成电化学水分解化学的系统。”

该装置被称为光电化学电池，因为光的吸收、光的转换成电能以及利用电能为化学反应提供动力都发生在同一装置中。到目前为止，利用光电化学技术生产绿色氢一直受到半导体效率低和成本高的阻碍。

费尔说：“所有此类设备仅利用阳光和水即可产生绿色氢气，但我们的设备非常出色，因为它具有破纪录的效率，并且使用非常便宜的半导体。”

Mohite实验室及其合作者通过将极具竞争力的太阳能电池转变为反应堆来创建该设备，该反应堆可以利用收集到的能量将水分解为氧气和氢气。他们必须克服的挑战是卤化物钙钛矿在水中极不稳定，而用于绝缘半导体的涂层最终要么会破坏其功能，要么会损坏它们。

“在过去的两年里，我们反复尝试不同的材料和技术，”莱斯大学化学工程师、该研究的合著者迈克尔·王(MichaelWong)说。

经过长时间的试验未能达到预期的结果后，研究人员终于找到了一个成功的解决方案。

费尔说：“我们的主要见解是，屏障需要两层，一层用于阻挡水，一层用于在钙钛矿层和保护层之间建立良好的电接触。”“我们的结果是没有太阳能聚光的光电化学电池的最高效率，并且对于使用卤化物钙钛矿半导体的光电化学电池来说总体上是最好的。

费尔说：“对于历史上一直由昂贵的半导体主导的领域来说，这是第一次，并且可能首次为此类设备提供了商业可行性的途径。”

研究人员展示了他们的势垒设计适用于不同的反应和不同的半导体，使其适用于许多系统。

莫希特说：“我们希望此类系统能够作为一个平台，利用丰富的原料，仅以阳光作为能量输入，驱动各种电子进行燃料形成反应。”

费尔补充道：“随着稳定性和规模的进一步提高，这项技术可以开启氢经济，并改变人类的生产方式，从化石燃料转向太阳能燃料。”