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人造光合作用新进展阳光转化成零排放燃料

发布时间:2020-03-23 12:24:10 阅读: 来源:滤筒厂家

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一种用2氧化钛制成的新薄膜镀层,能更加有效地把阳光转化成零排放燃料,相干论文发表在最新一期的《科学》杂志上。美国加州理工学院专门研究太阳能燃料的化学教授、这篇论文的作者内森-刘易斯表示,这1发现促使人造光合作用的梦想距离变成现实更近一步。

太阳能电池板能把阳光转变成可用的电能,但是可持续能源研究人员的主要目标,是把阳光转变成氢等耐储存的化学燃料。刘易斯表示,植物能通过光合作用把阳光转变成化学能,但是这类自然进程的效力非常低。他说:“照耀在植物上的阳光的能量,只有不到1%被贮存在植物的生物量里。因此我们正在想法打造一个比光合作用的效力高10倍的系统,除此以外,它还要很耐用、延续时间长,而且很划算。”他们的目标是让安装在屋顶和田野里的太阳能发电机直接为汽车、建筑物和工厂生产出液体或气体燃料。但是刘易斯表示,迄今为止在人造光合作用方面“获得的成功非常有限”。

典型的太阳能燃料发电机不但能还原水,生成氢燃料,而且它能氧化水,生成氧,氧又能被用来燃烧燃料,生成更多水。刘易斯称,名叫光电阳极的一种半导体是生产氧所必须的,但是在生产1台太阳能燃料发电机时,这常常会变成一个弱点。“把水氧化成氧一直是个使人头痛的大问题,由于几近所有普通半导体材料都生锈,因此它们不但没有成功氧化水,而是氧化了它们自己。”他表示,曾有各种尝试试图给光电阳极做镀层,用来避免它生锈,但是到目前为止,这些努力不是未能成功阻挠半导体生锈,就是完全阻挠了电流穿过光电阳极。“我们已找到一种可以避免这些问题的方法,最少在实验室的时间尺度上已取得了成功。”

该研究由美国能源部资助,刘易斯及其同事已使用无定形2氧化钛打造出一种特殊的薄膜镀层,以确保光电阳极能有选择地氧化水。这类2氧化钛镀层是白油漆或遮光剂采取的一种化学物质的导电版本。刘易斯说:“借助名叫原子层沉积的方法,把它一层一层地铺在光电阳极的上面。”这类镀层允许电流穿过光电阳极,同时还能避免它受腐蚀。之前尝试给光电阳极做镀层的努力,产生氢和氧的时间只能延续几秒钟。与之相比,他及其同事已操作他们的人造光合作用系统长达100小时,连续不断地模仿阳光,而且这段时间的氧和氢产量仅减少10%。刘易斯称,他们还需要通过进一步研究,肯定该系统如何才能失灵等问题。不过他表示,这类镀层不但有望在硅上起作用,而且有望在其他普通半导体上起作用,其中包括砷化镓和磷化镓。“最好的结果是它对材料没要求。”他称,这意味着之前在研制进程中由于不稳定而被弃的很多材料,现在都可以重新斟酌用来制造太阳能燃料发电机。

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