高效稳定！科学家利用阳光从水中分离氧分子，可以更环保的方法生产氢

几十年来，世界各地的研究人员一直在寻找利用太阳能产生氢气作为清洁能源的关键反应的方法——将水分子分解成氢气和氧气。然而，这样的努力大多都失败了，因为要实现这一点成本太高，而试图以低成本来操作又往往会导致糟糕的性能。

现在，德克萨斯大学奥斯汀分校的研究人员发现了一种低成本的方法来部分解决了这一问题——即利用阳光有效地从水中分离氧分子。

最近发表在《自然通讯》(Nature Communications)杂志上的这一发现，代表着我们向更广泛地采用氢作为能源基础设施的关键部分迈进了一步。

早在20世纪70年代，研究人员就在研究利用太阳能生产氢气的可能性。但是，由于无法找到能够有效进行关键化学反应的设备所需要的材料，使得该方法无法成为主流方法。“事实证明，在水分解反应所需的条件下，善于吸收阳光的材料往往不稳定，而稳定的材料往往不善于吸收阳光。”

然而，这又带来了另一个挑战——在硅中吸收阳光所产生的电子和空穴，必须能够轻易地穿过二氧化硅层。这通常要求二氧化硅层不超过几纳米，这降低了它保护硅吸收器不被降解的有效性。

这一突破的关键在于，通过一层厚厚的二氧化硅层创造导电路径的方法，这种方法可以以较低的成本进行生产，并可大规模生产。

为了实现这一目标，研究团队使用了一种最初用于半导体电子芯片制造的技术。通过在二氧化硅层上涂上一层铝薄膜，然后对整个结构进行加热，形成了完全连接二氧化硅层的纳米级铝“尖峰”阵列。这些物质可以很容易地被镍或其他有助于催化水裂解反应的材料取代。

当被阳光照射时，该装置可以有效地氧化水形成氧分子，同时在单独的电极上产生氢，并在长时间运行下表现出出色的稳定性。由于用于制造这些器件的技术通常用于半导体电子产品的制造，它们应该很容易大规模生产。

该团队已经提交了一份临时专利申请，以使这项技术商业化。

接下来，该团队将通过提高反应速率来提高水分解过程中氧气部分的效率。

译/前瞻经济学人APP资讯组

参考来源：https://phys.org/news/2021-07-hydrogen-hard-major-hurdle.html