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據(jù)美國油價(jià)網(wǎng)報(bào)道，美國密歇根大學(xué)的研究人員通過模仿光合作用的關(guān)鍵步驟，開發(fā)了一種新型太陽能電池板，用太陽能將水分解為氫和氧，轉(zhuǎn)化效率可達(dá)9%，比同類太陽能全分解水制氫實(shí)驗(yàn)效率高出近10倍。

這款新裝置最大的好處是降低了可持續(xù)制氫的成本。半導(dǎo)體通常是這類設(shè)備中最昂貴的部件，該團(tuán)隊(duì)通過大幅縮小自修復(fù)半導(dǎo)體的體積，降低了裝置的成本，且半導(dǎo)體最大能承受的光照強(qiáng)度相當(dāng)于太陽光的160倍。

光合作用是植物利用太陽能的主要方式，植物通過光合作用可以將水和二氧化碳轉(zhuǎn)化為有機(jī)物質(zhì)和氧氣。同時(shí)，光合作用也可以產(chǎn)生氫氣。“我們相信人工光合作用設(shè)備將比自然光合作用效率更高，這將為實(shí)現(xiàn)碳中和提供一條新路徑。”該研究團(tuán)隊(duì)的領(lǐng)導(dǎo)者、密歇根大學(xué)電氣和計(jì)算機(jī)工程教授米澤田說。

這項(xiàng)研究成果已在《自然》雜志發(fā)表，該研究在兩個(gè)方面取得了顯著進(jìn)展。

一是在不破壞半導(dǎo)體器件的情況下，承受高強(qiáng)光的照射。密歇根大學(xué)電氣和計(jì)算機(jī)工程研究員、該研究的第一作者周鵬說：“與一些只能在低光強(qiáng)度下使用的半導(dǎo)體相比，我們使用的半導(dǎo)體尺寸縮小了100多倍。用我們的技術(shù)制氫可能會(huì)非常便宜。”

二是通過一種半導(dǎo)體催化劑，利用太陽輻射光譜中能量較強(qiáng)的部分來分解水，同時(shí)利用光譜中能量較弱的部分提供熱量促進(jìn)反應(yīng)。這種催化劑在利用陽光驅(qū)動(dòng)化學(xué)反應(yīng)時(shí)，會(huì)隨著使用而自我修復(fù)，減輕催化劑的活性退化。這種催化劑可以在高溫條件下發(fā)揮作用。高溫可以加速水的分解過程，并能使氫和氧保持分離，而不是重新結(jié)合并再次形成水。

這種催化劑由氮化銦鎵納米結(jié)構(gòu)制成。半導(dǎo)體晶片捕獲光線，將其轉(zhuǎn)化為自由電子和空穴。納米結(jié)構(gòu)中布滿了直徑為1/2000毫米的納米級金屬球，利用電子和空穴來幫助引導(dǎo)反應(yīng)。

面板的絕緣層將溫度保持在75攝氏度，溫度足以促進(jìn)分解反應(yīng)，同時(shí)也能使半導(dǎo)體催化劑發(fā)揮良好作用。室外實(shí)驗(yàn)中，在陽光和溫度難以把控的情況下，該裝置的制氫效率為6.1%。室內(nèi)實(shí)驗(yàn)中，制氫效率為9%。

未來，研究團(tuán)隊(duì)打算進(jìn)一步提高裝置的效率，并生產(chǎn)出可直接輸入燃料電池的超高純度氫。 

原標(biāo)題：新型太陽能電池板或提高光催化全分解水制氫效率