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氫啟未來網獲悉，美國萊斯大學的工程師研發出一種創下新紀錄的陽光轉化為氫氣的裝置，效率高達20.8%。這種裝置是一種光電化學電池，采用新一代鹵化物鈣鈦礦半導體和電催化劑，利用太陽能驅動各種化學反應，將原料轉化為燃料。
這項新技術的進展對于清潔能源具有重要意義，同時也為利用太陽能制造化學品提供了潛在平臺。該裝置的關鍵設計在于防腐層，能有效將半導體與水隔離，同時不影響電子的傳遞。
據《自然通訊》的一項研究報道，這種裝置的光能轉氫能效率達到了驚人的20.8%。研究的主要作者之一、萊斯大學化學和生物分子工程博士生Austin Fehr強調了這項工作的重要性，他們團隊的目標是建立經濟可行的平臺，用于生成太陽能衍生的燃料。該裝置能吸收光，并在其表面完成電化學水分解反應。
據了解，這種裝置被稱為光電化學電池，因為在同一設備中完成了光的吸收、轉化為電力以及利用電力驅動化學反應的過程。以前，使用光電化學技術生產綠氫受到低效率和半導體成本高昂的限制。
Fehr解釋了他們發明的特點：“所有這類設備都只使用陽光和水來產生綠氫，但我們的設備獨具特色，因為具有創紀錄的效率，并且使用非常便宜的新型半導體。”
該裝置由Aditya Mohite教授領導的實驗室及其合作者共同開發，他們將具有競爭力的太陽能電池改造成了一個反應器，利用收集到的能量將水分解為氧氣和氫氣。研究團隊面臨的主要挑戰是鹵化物鈣鈦礦在水中極不穩定，同時用于隔絕半導體的涂層可能會干擾或損壞它們。
“在過去的兩年里，我們嘗試了不同的材料和技術。”萊斯大學化學工程師、研究合作者之一Michael Wong教授說道。經過漫長的嘗試，研究團隊終于找到了一個成功的解決方案。
Fehim表示：“我們關鍵的發現是，需要兩層防護層，一層用來阻擋水，另一層在鈣鈦礦層和保護層之間形成良好的電接觸。我們的結果是光電化學電池中最高的效率，也是使用鹵化物鈣鈦礦半導體的最佳效果。這是一個重大突破，因為該領域長期被價格昂貴的半導體主導，而我們的設計可能首次使這種設備具備了商業可行性。”
研究人員表示，這種防護層設計可以適用于不同的反應和不同的半導體，使其可以應用于多種系統。Mohite教授表示：“我們希望這樣的系統能夠作為一個平臺，利用太陽能收集到的電子來驅動各種利用豐富原料制造燃料的反應。”Fehr補充道：“隨著穩定性和規模進一步提高，這項技術將開啟氫經濟，并改變人類的生產方式，從化石燃料轉向太陽能燃料。”
