美国莱斯大学的工程师研发出一种创下新纪录的阳光转化为氢气的装置，效率高达20.8%。这种装置是一种光电化学电池，采用新一代卤化物钙钛矿半导体和电催化剂，利用太阳能驱动各种化学反应，将原料转化为燃料。
这项新技术的进展对于清洁能源具有重要意义，同时也为利用太阳能制造化学品提供了潜在平台。该装置的关键设计在于防腐层，能有效将半导体与水隔离，同时不影响电子的传递。
据《自然通讯》的一项研究报道，这种装置的光能转氢能效率达到了惊人的20.8%。研究的主要作者之一、莱斯大学化学和生物分子工程博士生Austin Fehr强调了这项工作的重要性，他们团队的目标是建立经济可行的平台，用于生成太阳能衍生的燃料。该装置能吸收光，并在其表面完成电化学水分解反应。
据了解，这种装置被称为光电化学电池，因为在同一设备中完成了光的吸收、转化为电力以及利用电力驱动化学反应的过程。以前，使用光电化学技术生产绿氢受到低效率和半导体成本高昂的限制。
Fehr解释了他们发明的特点：“所有这类设备都只使用阳光和水来产生绿氢，但我们的设备独具特色，因为具有创纪录的效率，并且使用非常便宜的新型半导体。”
该装置由Aditya Mohite教授领导的实验室及其合作者共同开发，他们将具有竞争力的太阳能电池改造成了一个反应器，利用收集到的能量将水分解为氧气和氢气。研究团队面临的主要挑战是卤化物钙钛矿在水中极不稳定，同时用于隔绝半导体的涂层可能会干扰或损坏它们。
“在过去的两年里，我们尝试了不同的材料和技术。”莱斯大学化学工程师、研究合作者之一Michael Wong教授说道。经过漫长的尝试，研究团队终于找到了一个成功的解决方案。
Fehim表示：“我们关键的发现是，需要两层防护层，一层用来阻挡水，另一层在钙钛矿层和保护层之间形成良好的电接触。我们的结果是光电化学电池中最高的效率，也是使用卤化物钙钛矿半导体的最佳效果。这是一个重大突破，因为该领域长期被价格昂贵的半导体主导，而我们的设计可能首次使这种设备具备了商业可行性。”
研究人员表示，这种防护层设计可以适用于不同的反应和不同的半导体，使其可以应用于多种系统。Mohite教授表示：“我们希望这样的系统能够作为一个平台，利用太阳能收集到的电子来驱动各种利用丰富原料制造燃料的反应。”Fehr补充道：“随着稳定性和规模进一步提高，这项技术将开启氢经济，并改变人类的生产方式，从化石燃料转向太阳能燃料。”
