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  利用光催化劑在光解水池中將水直接裂解為氫氣和氧氣，被認為是獲取氫能的重要方法之一。美國斯坦福大學材料科學與工程學院崔屹課題組設計出一種鈣鈦礦太陽能電池驅動的光解水復合體系，可使光解水制氫的轉化效率達到6.2%，是利用普通方法轉化效率的三倍。相關研究成果發表在近日出版的《科學進展》雜志上。


  該研究主要負責人丘勇才、陳維博士接受記者采訪時表示，光解水可視為一種人工光合作用，即利用光催化劑在光解水池中將水直接裂解為氫氣和氧氣。然而，光解水制氫長期面臨轉化效率低、光催化劑穩定性差等難題，利用普通的光解水化學池來分解水的效率僅約2%。

  為提升光到氫燃料的轉化效率，該課題組設計出一種全新的光催化劑納米結構的電極，將光解水性能優越的鉬摻雜的礬酸鉍薄膜沉積于導電的納米錐陣列上，從而使得基于納米錐陣列的光解水電極具有較大的性能提升。

  陳維介紹說，對比于傳統的光解水電極的平面結構，納米錐陣列結構的電極具有更好的光利用、電荷收集和限光特性。不僅如此，基于納米錐陣列的光解水池在一天中的不同時間段都會有很好的光利用效果。

  此外，為了使該性能大幅提升的光解水池能夠在不需要外加電源的條件下獨立工作，他們設計了一種利用太陽能電池來直接驅動光解水池的復合體系。該復合體系的太陽能電池是由目前已知的性能最為優越的鈣鈦礦材料組成。鈣鈦礦太陽能電池在吸收太陽光后輸出的電可直接用來驅動光解水池分解水，從而使得光至氫的轉化效率達到6.2%。

  未來，利用該鈣鈦礦太陽能電池光解水池的復合體系，光到氫的能源轉換效率有望提升到新高度，從而為獲取綠色氫能源提供一個重要途徑。

  據介紹，論文的通訊作者為清華大學和中科院蘇州納米所雙聘教授、國家“千人計劃”特聘專家張躍鋼研究員和斯坦福大學崔屹教授，該研究還得到清華大學范守善院士的支持。