英國科學家開發新型吸光材料用于光解水制氫

劍橋大學圣約翰學院和倫敦帝國學院合作的最新研究顯示，由易得的氧化物和碳基材料制成的設備可以從水中產生清潔的氫氣長達數周。該研究有助于解決太陽能燃料生產中的一個關鍵問題，即彌補目前地球上資源豐富的吸光材料在性能和穩定性方面的不足。

氫燃料將在英國完全脫碳和實現2050年凈零排放目標中發揮關鍵作用。由于目前大部分氫都來自化石燃料，研究人員現在正在探索可持續制氫的方法，方法之一是制造能夠收集陽光并分解水產生“綠氫”的設備。

雖然許多吸光材料已經被測試用于產生綠氫，但大多數材料在浸入水中后降解很快。例如，鈣鈦礦在吸光效率方面表現最為突出，但在水中不穩定且含鉛，存在泄漏風險，因此，研究人員一直致力于開發無鉛替代品。

碘氧化鉍(BiOI)是一種無毒的半導體替代品，由于其在水中的穩定性較差，在太陽能燃料應用中一直被忽視。但基于之前對BiOI潛力的研究結果，研究人員決定重新審視這種材料產生“綠氫”的前景。

研究團隊制造了一種裝置，用來模擬植物片子的自然光合作用，只不過它們產生的不是糖，而是氫。這些人工葉片裝置由BiOI和其他可持續材料制成，通過吸收陽光產生O2，H2，CO。

研究人員發現了一種增加這些人工葉片裝置穩定性的方法，即在兩個氧化層之間插入BiOI，再涂上防水石墨膏以防止水分滲透。這將碘氧化鉍吸收光的穩定性從幾分鐘延長到幾個月。這一重要發現將BiOI轉變為一個穩定產生“綠氫”的光吸收機。進一步研究發現，由多個光吸收區域(稱為“像素”)組成的人工葉片設備比具有相同總面積但僅有單一較大像素的傳統設備表現出更高性能，這樣就能夠更容易且更快地放大這種新型吸光設備，用于生產可持續燃料。同時，該設備不僅能產生氫氣，還能將CO2還原為合成氣。這些發現表明，新設備有潛力挑戰現有的光吸收器。使BiOI人工葉片設備更穩定的新方法現在可以應用于其他新系統，以幫助其走向商業化。

研究人員指出，當前很少有太陽能燃料系統顯示出與實際應用兼容的穩定性。通過這項工作，向建立循環燃料經濟又邁出了一步。