新技術讓人工光合作用設備轉化率能隨時間的推移而提高

據外媒報道,模擬光合作用(植物利用陽光將水和二氧化碳轉化為能量)自然過程的設備有朝一日可能能幫助我們解決一系列環境問題。現在,科學家們就展示了一種新型技術,其不僅可以復制這一過程來生產清潔氫燃料,還可以在使用過程中進行形態變化使其隨着時間推移而變得更高效。

新技術讓人工光合作用設備轉化率能隨時間的推移而提高

這項研究是由來自美國密歇根大學(UM)和勞倫斯利弗莫爾國家實驗室的研究人員共同展開。

設備由硅和氮化鎵這兩種電子產品以及太陽能電池中常用的材料製成。相比之前設備1%的效率,新設備則提供了令人印象深刻的轉化率,達到了3%–通過硅襯底上的氮化鎵塔的「城市景觀」實現。氮化鎵塔將陽光轉化為自由電子,而自由電子反過來又將水分解為氫和氧。

新技術讓人工光合作用設備轉化率能隨時間的推移而提高

雖然這些結果早在2018年就發表了,但科學家們一直在繼續研究該設備以更好地理解其超高效率背後的原因。在最新的研究中,該團隊使用了一系列先進的顯微鏡和光譜技術來觀察活動中的材料並得到了一些驚人的發現。

通常情況下,由於材料的磨損,人工光合作用設備的性能會在幾小時內下降,然而這款設備的效率卻隨着時間的推移變得更高。科學家們的觀察發現,當系統被使用時,氮化鎵塔頂部通過吸收氧氣形成新的產氫點並擁有新的特性從而形成一種被稱為氮化氮氧鎵的材料。

新技術讓人工光合作用設備轉化率能隨時間的推移而提高

這項研究的論文資深作者Francesca Toma表示:「我們在這種材料中發現了一種使其變得更高效和穩定的不尋常特性。我們的發現是一個真正的游戲規則改變者。我從未見過如此穩定的局面。」

接下來,科學家們將把這種材料作為一個完整的光化學電池的一部分進行實驗,這將包括探索類似的材料如何使這些系統變得更加穩定。

UM工程Zetian Mi指出:「這次合作幫助我們確定了這種材料變更加堅固和高效而不是降解的背後的基本機制。這項工作的發現將幫助我們以更低的成本設計和製造更高效的人工光合作用設備。」

來源:cnBeta