化太阳能，使变成有用的形态，这是一种真正的挑战。一种方法是使用半导体，把能量存储为氢。不幸的是，最有效的半导体并不是最稳定的。瑞士洛桑巴黎邦理高等联工学院（Ecole Polytechnique Federale de Lausanne）的一个团队刚刚发现，有可能保护这种半导体，只要采用一种统一的薄层，这种薄层厚度只有几纳米。
a，示意图显示电极结构。b，扫描电镜显示的电极顶视图，是在原子层沉积之后，这样沉积的是5（4纳米氧化锌/0.17纳米三氧化二铝）×11纳米的二氧化钛，随后是电极位置的铂纳米粒子。来源：洛桑巴黎邦理高等联工学院
这一发现有可能改进光电化学电池。以同样的方式，植物利用光合作用把阳光转化成能量，这些电池利用阳光来驱动化学反应，最终产生的氢气是来自水。这一过程涉及到使用感光半导电材料如氧化亚铜（cuprous oxide），用以提供电流，因为需要这样来促进反应。虽然不贵，但这种氧化物是不稳定的，如果在水中暴露于光线时就是这样。这项研究的开发者是阿德里安娜•啪啦奇诺（Adriana Paracchino）和以利亚•西姆森（Elijah Thimsen），发表在2011年5月8日的杂志《自然•材料》上，研究表明，这一问题可以解决，只需覆盖半导体，盖上原子薄膜，这要使用原子层沉积（ALD：atomic layer deposition）技术。主管是迈克尔•格洛采儿（Michael Grätzel）教授，他们是在洛桑联邦理工学院光子学与接口实验室（Laboratory of Photonics and Interfaces）进行的，这两位科学家取得了这样显著的成就，结合使用的技术都是属于产业规模的，然后把它们应用到制氢问题。采用他们的工艺，氧化亚铜可以简单而有效的受到保护，不会接触水，这就有可能用它作为一种半导体。优势很多：氧化亚铜可以大量获取，很便宜；保护层完全不透水，尽管有粗糙的表面；这个工艺很容易升级到工业制备。
一项很有前途的技术
该研究小组开发这一技术时，做法是“培育”层状氧化锌和氧化钛，每次都是一个原子厚，是在氧化亚铜表面进行。利用原子层沉积技术，他们能够控制保护层厚度，精确到单个原子，在整个表面都是这样。这种精度保证了稳定的半导体，同时保留了全部产氢效率。下一步研究将改进保护层的电学特性。
使用可广泛获得的材料和技术，可以轻松地扩大规模，这就带来了“绿色”光电化学生产的氢，更接近产业兴趣。
这种清洁高效的方式可以解决供应有限化的石燃料和温室效应，生产氢燃料时采用阳光和水，这需要一种半导体和水相结合的光电化学电池，这样能源收集和水的电解都结合到一个单一的半导体电极上。我们展示了一种高活性光电阴极，用于太阳能制氢，其中包含的电镀氧化亚铜需要保护，以防止光电阴极分解，在水中，采用的纳米层是铝掺杂的氧化锌和钛氧化物，激活之后用于氢的演变需要电镀钯纳米粒子。不同的表面保护元件的作用都进行了研究，最好的情况下，显示的电极光电流达-7.6微安cm2，电势是0伏，相对的是可逆氢电极，具有温和的pH值。这些电极测试1小时后仍然活跃，氧化亚铜被发现是稳定的，在水还原反应中就是这样，法拉第效率（Faradaic efficiency）估计是接近100％。
更多信息：《高度活性氧化物光电阴极用于光电化学水分解》（Highly active oxide photocathode for photoelectrochemical water reduction）
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