劍橋大學(xué)圣約翰學(xué)院和倫敦帝國(guó)學(xué)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(shè)備可以從水中產(chǎn)生清潔的氫氣長(zhǎng)達(dá)數(shù)周。該研究有助于解決太陽能燃料生產(chǎn)中的一個(gè)關(guān)鍵問題，即彌補(bǔ)目前地球上資源豐富的吸光材料在性能和穩(wěn)定性方面的不足。

氫燃料將在英國(guó)完全脫碳和實(shí)現(xiàn)2050年凈零排放目標(biāo)中發(fā)揮關(guān)鍵作用。由于目前大部分氫都來自化石燃料，研究人員現(xiàn)在正在探索可持續(xù)制氫的方法，方法之一是制造能夠收集陽光并分解水產(chǎn)生“綠氫”的設(shè)備。

雖然許多吸光材料已經(jīng)被測(cè)試用于產(chǎn)生綠氫，但大多數(shù)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(xiàn)最為突出，但在水中不穩(wěn)定且含鉛，存在泄漏風(fēng)險(xiǎn)，因此，研究人員一直致力于開發(fā)無鉛替代品。

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

研究團(tuán)隊(duì)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(chǎn)生的不是糖，而是氫。這些人工葉片裝置由BiOI和其他可持續(xù)材料制成，通過吸收陽光產(chǎn)生O2，H2，CO。

研究人員發(fā)現(xiàn)了一種增加這些人工葉片裝置穩(wěn)定性的方法，即在兩個(gè)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(wěn)定性從幾分鐘延長(zhǎng)到幾個(gè)月。這一重要發(fā)現(xiàn)將BiOI轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)穩(wěn)定產(chǎn)生“綠氫”的光吸收機(jī)。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，由多個(gè)光吸收區(qū)域(稱為“像素”)組成的人工葉片設(shè)備比具有相同總面積但僅有單一較大像素的傳統(tǒng)設(shè)備表現(xiàn)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(shè)備，用于生產(chǎn)可持續(xù)燃料。同時(shí)，該設(shè)備不僅能產(chǎn)生氫氣，還能將CO2還原為合成氣。這些發(fā)現(xiàn)表明，新設(shè)備有潛力挑戰(zhàn)現(xiàn)有的光吸收器。使BiOI人工葉片設(shè)備更穩(wěn)定的新方法現(xiàn)在可以應(yīng)用于其他新系統(tǒng)，以幫助其走向商業(yè)化。

研究人員指出，當(dāng)前很少有太陽能燃料系統(tǒng)顯示出與實(shí)際應(yīng)用兼容的穩(wěn)定性。通過這項(xiàng)工作，向建立循環(huán)燃料經(jīng)濟(jì)又邁出了一步。