行業觀察 | 日本科學家利用紫外光分解水可實現100%的量子效率

2021-03-01 嵐澤能源

日本科學家利用紫外光分解水

可實現100%的量子效率

日本的科學家使用精心設計的催化劑成功地將水分解為氫氣和氧氣，量子效率可達到96%，這意味著幾乎沒有損失，也沒有其他的副反應。太陽能制氫的最新突破使得經濟上可行的大規模製氫可能性增加，為人類向清潔能源的邁進鋪平了道路。

使用催化劑和陽光將水分解，稱為光催化，數十年來一直是實現太陽能產氫的一種有前途的方法。然而，之前大部分工作中的外部量子效率（EQE）小於50％，現實世界中不具有大規模應用的經濟性，設計製備有效催化劑困難重重。提高催化效率的關鍵在於合理調控助催化劑，並防止半導體中的缺陷，可以使從光源吸收的每個光子都用來制氫。

Tsuyoshi Takata等的相關研究成果發表在Nature雜誌上。他們採用改性鋁摻雜的鈦酸鍶作為光催化劑，在波長350-360nm段可實現96%的外部量子效率。通過選擇性光沉積Rh/Cr2O3和CoOOH，利用各向異性電荷輸運技術，可以在半導體顆粒的不同晶體面上分別促進析氫和析氧反應。

這些新發現為實現可擴展且經濟上可行的太陽能直接制氫產業化打開了大門，使光解水過程中的電子和空穴基本100%被利用轉化為氫氣和氧氣，同時，可拓展至具有強的可見光吸收能力的其他材料。在我們的汽車用氫行駛之前，仍然需要做更多的工作，因為這項研究的重點是集中在350-360nm的紫外光區，太陽輻射主要集中在可見光部分（770～390μm），波長大於可見光的紅外線（>770nm）和小於可見光的紫外線（<390nm）的部分較少。但是，這一重大突破使這種可能性不再是難以企及的，從理論上講，只是時間問題。它將鼓勵科學家、研究人員和工程師參與到這一領域中去，從而使可大規模商業化的太陽氫能的早日到來。

Reference：Takata, T., Jiang, J., Sakata, Y. et al. Photocatalytic water splitting with a quantum efficiency of almost unity. Nature 581, 411–414 (2020). https://doi.org/10.1038/s41586-020-2278-9

翻譯：張曉丹

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