2021年7月13日
如果我们要避免全球变暖造成的环境危机，就必须放弃化石燃料。产业界和学术界都高度关注氢作为一种可行的清洁替代品。
氢实际上是用之不竭的，当用来产生能量时，只产生水蒸气。但是，要想实现真正的环保氢社会，首先必须能够清洁地大规模生产氢。
一种方法是将水通过“人工光合作用,”在这个过程中，物质被调用亚博网站下载“催化剂”利用太阳能从水中生产氧气和氢气。然而，现有的光催化剂还没有达到使太阳能水分解在经济上可行和可扩展的程度。要实现这一目标，需要解决两个主要问题:低太阳能到氢(STH)的转换效率和光电化学水分解电池的耐久性不足。
在日本名古屋工业学院，Masashi Kato教授和他的同事一直在努力探索新的材料及其组合，并深入了解其性能的物理化学机制，从而将光催化剂提升到一个新的水平。亚博网站下载他们最新的研究发表在太阳能材料和太阳能电池亚博网站下载在美国，加藤博士和他的团队现在已经通过结合氧化钛(TiO2)和p型立方碳化硅(3C-SiC)，这两种很有前途的光催化剂材料，形成串联结构，使其成为高度耐用和高效的水分裂电池(见图)亚博网站下载。
该团队在研究中探索的串联式结构将两种光催化剂材料串联在一起，其中含有半透明的TiO亚博网站下载2作为光电阳极，而3C-SiC作为光电阴极。由于每种材料在不同的频段吸收太阳能，这种串联式结构可以通过允许更多的入射光激发载流子并产生必要的电流，显著提高水分裂电池的转换效率。
研究小组测量了外部电压和pH值对细胞内产生的光电流的影响，然后在不同光强下进行了水分裂实验。他们还测量了氧气和氢气的生成量。结果非常令人鼓舞，正如加藤博士所说:“所测得的最大应用偏置光子电流效率为0.74%。这个数值，加上观察到的约100天的耐用性，使我们的水分解系统成为目前最好的。”此外，这项研究的发现暗示了一些潜在的机制背后的观察性能的串联式结构。
光电化学分水系统在得到广泛应用之前，还需要进一步的研究来继续改进。尽管如此，这项研究显然是迈向清洁未来的一步。“我们的贡献将加速人工光合作用技术的发展，这将直接从太阳能光产生能源。因此，我们的发现可能有助于实现可持续社会。”加藤博士在谈到他的愿景时说。
我们当然希望他所设想的未来不会太远!
来源:https://www.nitech.ac.jp/eng/index.html