人工光合作用设备迎来重大突破 制氢效率“不减反增”
原创
2021-04-07 15:19 星期三
财联社 黄君芝

财联社(上海,编辑 黄君芝)讯,据报道,模拟光合作用过程的设备,有一天可能会帮助我们解决一系列环境问题。科学家们现在展示了一种新型技术,不仅可以复制这一过程来生产清洁的氢燃料,还可以在使用过程中进行形态变化,使其随着时间的推移变得更高效。

这项研究是由美国密歇根大学(UM)和劳伦斯利弗莫尔国家实验室(Lawrence Livermore National Laboratory)的科学家们共同展开的。他们正在研究一种人工光合作用装置,该装置承诺了一种更清洁的制氢形式,通常不会使用天然气或电能,而是利用阳光分解淡水和盐水,生成氢气用于燃料电池。

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该设备由硅和氮化镓这两种电子产品和太阳能电池中常用的材料制成,相比之前设备1%的效率,它提供了令人印象深刻的转化效率,达到了3%。它通过硅衬底上的氮化镓塔的“城市景观”实现了这一点,氮化镓塔将阳光转化为自由电子,而自由电子反过来又将水分解为氢和氧。

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这些结果早在2018年就发表了,但科学家们一直在继续研究该设备,以更好地理解其超高效率背后的原因。在最新的研究中,该团队使用了一系列先进的显微镜和光谱技术来观察活动中的材料,并发现了一些惊人的发现。

通常情况下,由于材料的磨损,人工光合作用设备的性能会在几小时内下降,然而这款设备的效率却随着时间的推移变得更高。科学家们的观察发现,当系统被使用时,氮化镓塔顶部会通过吸收氧气形成新的产氢点,并具有新的特性,成为一种被称为氮化氮氧镓的材料。

“我们在这种材料中发现了一种不寻常的特性,使其变得更高效和稳定,”该论文的资深作者弗朗西斯卡·托马(Francesca Toma)说,“我们的发现是一个真正的游戏规则改变者。我从未见过如此稳定的局面。”

下一步,科学家们将把这种材料作为一个完整光化学电池的一部分进行实验,这将包括探索类似的材料如何使这些系统更加稳定。研究人员表示,“这项工作的发现将帮助我们以更低的成本设计和制造更高效的人工光合作用设备。”

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