用于生产清洁氢燃料的太阳能材料

大阪大学的研究人员创造了基于金和黑磷的新材料，利用全方位的阳光产生清洁的氢燃料

全球气候变化和能源危机意味着迫切需要替代化石燃料。最干净的低碳燃料中有氢气，它可以与氧气反应释放能量，而不会产生比水(H 2 O)更有害的产品。然而，地球上的大多数氢已经锁定在H 2 O(或其他分子)中，不能用于电力。

氢可以通过分裂H 2 O 产生，但是这比产生的氢可以回收更多的能量。水分解通常由太阳能驱动，即所谓的“太阳能 - 氢气”转换。像氧化钛这样的材料，被称为具有宽带隙的半导体，传统上用于将太阳光转化为化学能以进行光催化反应。然而，这些材料效率低，因为只有紫外线(UV)部分被吸收 - 太阳光的剩余光谱被浪费掉了。

现在，大阪大学的一个团队已开发出一种材料，可以收获更广泛的阳光。这种材料的三部分复合材料最大限度地提高了吸收光和分解水的效率。核心是传统的半导体氧化镧钛(LTO)。LTO表面部分涂有微小的金色斑点，称为纳米粒子。最后，将金覆盖的LTO与元素黑磷(BP)的超薄片混合，其用作光吸收剂。

“BP是太阳能应用的绝佳材料，因为我们可以通过改变其厚度，从超薄到大块来调整光的频率，”团队负责人Tetsuro Majima说。“这使我们的新材料能够吸收可见光甚至近红外光，而单靠LTO我们无法实现这一点。”

通过吸收这种广泛的能量，BP被激发释放电子，然后电子被传导到涂覆LTO的金纳米颗粒。金纳米粒子还吸收可见光，导致其自身的一些电子被震动。然后BP和金纳米颗粒中的自由电子被转移到LTO半导体中，在那里它们充当用于水分解的电流。

使用这种材料的氢气生产不仅通过更广泛的光吸收，而且通过由BP和LTO的二维材料之间的独特界面引起的更有效的电子传导来增强。结果，该材料的活性比纯LTO高60倍。

“通过有效地收集太阳能产生清洁燃料，这种材料可以帮助清理环境，”Majima说。“此外，我们希望我们对该机制的研究将推动光催化技术的新进展。”