新技术让人工光合作用设备转化率能随时间的推移而提高

2021年04月07日 10:50 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

据外媒报道,模拟光合作用(植物利用阳光将水和二氧化碳转化为能量)自然过程的设备有朝一日可能能帮助我们解决一系列环境问题。现在,科学家们就展示了一种新型技术,其不仅可以复制这一过程来生产清洁氢燃料,还可以在使用过程中进行形态变化使其随着时间推移而变得更高效。

这项研究是由来自美国密歇根大学(UM)和劳伦斯利弗莫尔国家实验室的研究人员共同展开。

设备由硅和氮化镓这两种电子产品以及太阳能电池中常用的材料制成。相比之前设备1%的效率,新设备则提供了令人印象深刻的转化率,达到了3%--通过硅衬底上的氮化镓塔的“城市景观”实现。氮化镓塔将阳光转化为自由电子,而自由电子反过来又将水分解为氢和氧。

虽然这些结果早在2018年就发表了,但科学家们一直在继续研究该设备以更好地理解其超高效率背后的原因。在最新的研究中,该团队使用了一系列先进的显微镜和光谱技术来观察活动中的材料并得到了一些惊人的发现。

通常情况下,由于材料的磨损,人工光合作用设备的性能会在几小时内下降,然而这款设备的效率却随着时间的推移变得更高。科学家们的观察发现,当系统被使用时,氮化镓塔顶部通过吸收氧气形成新的产氢点并拥有新的特性从而形成一种被称为氮化氮氧镓的材料。

这项研究的论文资深作者Francesca Toma表示:“我们在这种材料中发现了一种使其变得更高效和稳定的不寻常特性。我们的发现是一个真正的游戏规则改变者。我从未见过如此稳定的局面。”

接下来,科学家们将把这种材料作为一个完整的光化学电池的一部分进行实验,这将包括探索类似的材料如何使这些系统变得更加稳定。

UM工程Zetian Mi指出:“这次合作帮助我们确定了这种材料变更加坚固和高效而不是降解的背后的基本机制。这项工作的发现将帮助我们以更低的成本设计和制造更高效的人工光合作用设备。”

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