【人造樹葉從陽光燃料】

江南布衣

【人造樹葉從陽光燃料】

 

 

 

丹尼爾諾塞拉

 

兩支球隊在美國的研究人員已採取重要步驟，建立商業上可行的“人工葉” - 一個假設性的設備，它可以通過模仿光合作用的某些方面陽光轉化為電能或燃料。

 

今年早些時候，在美國麻省理工學院（MIT）的化學家丹尼爾諾塞拉在加利福尼亞州的美國化學學會的年會上宣布，人工葉的原型。現在，兩個不同的研究人員隊伍，工作，他已發表兩篇論文，代表不同的設備上實現有效和商業上可行的的版本人工葉方面所取得的進展。

 

 

太陽這裡來

兩支球隊從他們的設備與催化金屬層和保護層的矽塗層的晶圓。

 

太陽能電池原型是一張信用卡大小，可以捕獲陽光，然後使用能源分裂成它的組成氧氣和氫氣的水。

 

這是傳統的光伏電池，直接轉換成電能的光的不同。

 

有了這些新的設備，最終計劃是一個綜合的燃料電池在重組兩種氣體的化學能轉換成電能。

 

生產燃料，而不是電力，燃料可以很容易地存儲，直到需要它的優勢。

 

這兩種人造樹葉使用矽 N - p結：n型和p型矽雙層。

 

事件光子被吸收，以創建一個在半導體中的電子 - 空穴對。

 

電子遷移的N -端和孔P -端。該洞，然後開車介導的細胞，這是一種光催化劑的最外層的過程中水的分裂。不像在以前的設備所使用的一些異國情調的光催化劑，在這些新設備的催化劑，磷酸鈷，這是一個豐富而廉價的的材料。

 

在創建這兩種設備的主要挑戰是如何防止與水發生反應的矽。這兩支球隊採取了不同的方法來解決問題。

 

由電氣工程師弗拉基米爾 Bulovic領導的一組用於催化劑本身作為保護層，具有約束力的純鈷薄膜牢固的矽，然後將其轉換為磷酸鹽形式。

 

機械工程師托尼奧 Buonassisi的帶領下，其他球隊，在前面的p型矽使用了導電的銦錫氧化物薄膜作為保護層。

 

 

泡沫需要

Buonassisi和他的同事們在系列連接他們的兩個細胞分裂的0.25％的氧太陽能轉換效率和管理水。

 

雖然這聽起來並不像很多，光合作用的效率只有百分之幾。

 

然而，細胞的氫離子，並變成氣體，這可能會增加相當大的代價設備。

 

“鉑電極是良好的催化劑，減少氫氣的氫離子”，說的，誰沒有參與這項研究的美國亞利桑那州立大學的德文斯陣風。“但是，鉑金的稀有限制了它的用處。”

 

陣風麻省理工學院的工作描述為“非常重要，因為它展示了一個可行的，廉價的水氧化催化劑”。

 

不過，他說，這項技術正在進入一個擁擠的市場，並指出，已經有一個太陽能燃料的生產技術，是“幾乎現在準備去”。

 

該系統採用耦合電解槽，水分解成氧和氫的光伏電池。“電解槽效率可高達 70-80％，目前可用的光伏效率高達 15-20％的高”，他指出。“的人工光合系統沒有可以競爭的時刻。”

 

麻省理工學院的技術也必須競爭，與其他水分解系統，基於矽太陽能電池的光催化劑塗層。

 

這些一直在發展，因為至少在1998年，有的已達到 7％或更高的轉換效率太陽能氫。

 

 

“挑戰依然存在”

這些細胞之一是發達國家在加州理工學院由Nathan Lewis和哈里阿特沃特。

 

阿特沃特告訴physicsworld.com “諾塞拉的工作是有趣的，但仍然存在許多挑戰。

 

“ 目前尚不清楚，例如，催化劑和設備是否保持超越運作的幾天，他們迄今已測試的穩定。

 

阿特沃特也認為是在材料本身的改善空間 。

 

陣風同意，他指出，雖然基於普通材料鈷等催化劑是令人鼓舞的，研究人員還開發一種廉價的催化劑，附近的水的氧化/還原的熱力學勢。

 

此屬性將有助於優化人工葉系統的性能。

 

諾塞拉，希望能有三年左右的時間內一個完全工作的設備，他已經形成了一個公司，叫SunCatalytix來發展它。

 

Bulovic的研究小組的工作是在能源與環境科學，而Buonassisi的研究小組的研究是在概述了科學美國國家科學院學報“發表。

 

關於作者

菲利普球是一個總部設在英國的科普作家

 

引用：http://physicsworld.com/cws/article/news/46606