“人造叶子”概念启发了太阳能燃料生产的研究

莱斯大学的研究人员已经发明了一种高效、低成本的装置，它可以将水裂解来生产氢燃料。这个平台是由水稻材料科学家Jun Lou的布朗工程学院实验室开发的，它集成了催化电极，当阳光触发时，它会产生电力。电流流向将水转化为氢和氧的催化剂，阳光转化氢的效率高达6.7%。

这种催化并不是什么新鲜事，但实验室将一层膜和电极封装成一个模块，当它落入水中并置于阳光下时，无需进一步输入即可产生氢气。

由楼、主要作者、赖斯博士后研究员贾亮和他们的同事在美国化学学会杂志ACS Nano上介绍的这种材料是一个自给自足的生产商，他们说，应该很容易批量生产。

楼说，这个概念与人造叶子大致相似。我们拥有的是一个集成模块，它将太阳光转化为电能，驱动电化学反应。它利用水和阳光来获取化学燃料。

钙钛矿是一种具有立方状晶格的晶体，众所周知，它可以收集光线。到目前为止生产的效率最高的钙钛矿可以达到25%以上的效率，但这种材料很昂贵，而且容易受到光、湿度和热的压力。

楼说，贾跃亭已经用碳等替代品取代了钙钛矿太阳能电池中更昂贵的成分，如铂。这降低了商业收养的准入门槛。像这样的集成设备很有前途，因为它们创造了一个可持续发展的系统。这不需要任何外部电源来保持模块运行。"；

梁说，关键成分可能不是钙钛矿，而是包裹它的聚合物，保护模块并允许长时间浸泡。他说，其他人已经开发出催化系统，用导线将水外的太阳能电池连接到浸没的电极上。我们将钙钛矿层用一层聚合物薄膜包裹起来，从而简化了系统。

梁说，图案化的薄膜允许阳光到达太阳能电池，同时保护它，并作为电池和电极之间的绝缘体。

卢说，有了一个巧妙的系统设计，你可以潜在地制造一个自我维持的循环。即使在没有阳光的情况下，你也可以用化学燃料的形式储存能量。你可以把氢气和氧气产品放在不同的油箱里，并加入另一个模块，比如燃料电池，将这些燃料重新转化为电能。

研究人员表示，他们将继续改进封装技术以及太阳能本身，以提高模块的效率。更多信息：贾亮等，一种面向太阳能驱动的低成本和高效率的集成装置，ACS Nano(2020)。网址：10.1021/acsnano.9b09053