英国科学家开发新型吸光材料用于光解水制氢

剑桥大学圣约翰学院和伦敦帝国学院合作的最新研究显示，由易得的氧化物和碳基材料制成的设备可以从水中产生清洁的氢气长达数周。该研究有助于解决太阳能燃料生产中的一个关键问题，即弥补目前地球上资源丰富的吸光材料在性能和稳定性方面的不足。

氢燃料将在英国完全脱碳和实现2050年净零排放目标中发挥关键作用。由于目前大部分氢都来自化石燃料，研究人员现在正在探索可持续制氢的方法，方法之一是制造能够收集阳光并分解水产生“绿氢”的设备。

虽然许多吸光材料已经被测试用于产生绿氢，但大多数材料在浸入水中后降解很快。例如，钙钛矿在吸光效率方面表现最为突出，但在水中不稳定且含铅，存在泄漏风险，因此，研究人员一直致力于开发无铅替代品。

碘氧化铋(BiOI)是一种无毒的半导体替代品，由于其在水中的稳定性较差，在太阳能燃料应用中一直被忽视。但基于之前对BiOI潜力的研究结果，研究人员决定重新审视这种材料产生“绿氢”的前景。

研究团队制造了一种装置，用来模拟植物片子的自然光合作用，只不过它们产生的不是糖，而是氢。这些人工叶片装置由BiOI和其他可持续材料制成，通过吸收阳光产生O2，H2，CO。

研究人员发现了一种增加这些人工叶片装置稳定性的方法，即在两个氧化层之间插入BiOI，再涂上防水石墨膏以防止水分渗透。这将碘氧化铋吸收光的稳定性从几分钟延长到几个月。这一重要发现将BiOI转变为一个稳定产生“绿氢”的光吸收机。进一步研究发现，由多个光吸收区域(称为“像素”)组成的人工叶片设备比具有相同总面积但仅有单一较大像素的传统设备表现出更高性能，这样就能够更容易且更快地放大这种新型吸光设备，用于生产可持续燃料。同时，该设备不仅能产生氢气，还能将CO2还原为合成气。这些发现表明，新设备有潜力挑战现有的光吸收器。使BiOI人工叶片设备更稳定的新方法现在可以应用于其他新系统，以帮助其走向商业化。

研究人员指出，当前很少有太阳能燃料系统显示出与实际应用兼容的稳定性。通过这项工作，向建立循环燃料经济又迈出了一步。