<p>密歇根大學(xué)安娜堡分校開發(fā)的一種新型太陽(yáng)能電池板將水轉(zhuǎn)化為氫氣和氧氣的效率達(dá)到了 9%&mdash;&mdash;模仿了自然光合作用中的關(guān)鍵步驟。</p> <p>&nbsp;</p> <p>在戶外，它代表了技術(shù)的重大飛躍，效率比同類太陽(yáng)能水分解實(shí)驗(yàn)高出近 10 倍。 但最大的好處是降低了可持續(xù)氫的成本。</p> <p>&nbsp;</p> <p>這是通過(guò)縮小半導(dǎo)體（通常是設(shè)備中最昂貴的部分）來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 該團(tuán)隊(duì)的自愈半導(dǎo)體可承受相當(dāng)于 160 個(gè)太陽(yáng)的集中光線。</p> <p>&nbsp;</p> <p>&ldquo;最終，我們相信人工光合作用裝置將比自然光合作用更有效，這將為實(shí)現(xiàn)碳中和提供一條途徑。&rdquo;領(lǐng)導(dǎo)這項(xiàng)研究的密歇根大學(xué)電氣與計(jì)算機(jī)工程教授米澤天說(shuō)。</p> <p>&nbsp;</p> <p>目前，人類從化石燃料甲烷中生產(chǎn)氫氣，在此過(guò)程中使用了大量的化石能源。 然而，植物利用陽(yáng)光從水中獲取氫原子。 隨著人類努力減少碳排放，氫氣作為獨(dú)立燃料和作為由回收二氧化碳制成的可持續(xù)燃料的組成部分而具有吸引力。 同樣，許多化學(xué)過(guò)程都需要它，例如生產(chǎn)化肥。</p> <p>&nbsp;</p> <p>結(jié)果來(lái)自兩個(gè)進(jìn)步。 首先是在不破壞利用光的半導(dǎo)體的情況下聚集陽(yáng)光的能力。</p> <p>&nbsp;</p> <p>第二種是利用太陽(yáng)光譜的較高能量部分來(lái)分解水，并利用光譜的較低部分來(lái)提供促進(jìn)反應(yīng)的熱量。 這種魔力是由一種半導(dǎo)體催化劑實(shí)現(xiàn)的，它會(huì)隨著使用而自我改進(jìn)，從而抵抗這種催化劑在利用陽(yáng)光驅(qū)動(dòng)化學(xué)反應(yīng)時(shí)通常會(huì)經(jīng)歷的退化。</p> <p>&nbsp;</p> <p>&ldquo;與某些僅在低光強(qiáng)度下工作的半導(dǎo)體相比，我們將半導(dǎo)體的尺寸縮小了 100 多倍。&rdquo;密歇根大學(xué)電氣與計(jì)算機(jī)工程研究員、該研究的第一作者彭周說(shuō)。 &ldquo;我們的技術(shù)生產(chǎn)的氫氣可能非常便宜。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>除了處理高光強(qiáng)度外，它還可以在對(duì)計(jì)算機(jī)半導(dǎo)體不利的高溫下茁壯成長(zhǎng)。 更高的溫度會(huì)加速水的分解過(guò)程，額外的熱量也會(huì)促使氫和氧保持分離，而不是重新形成鍵并再次形成水。 兩者都幫助團(tuán)隊(duì)收獲了更多的氫氣。</p> <p>&nbsp;</p> <p>對(duì)于室外實(shí)驗(yàn)，Zhou 設(shè)置了一個(gè)與房屋窗戶大小相當(dāng)?shù)耐哥R，將陽(yáng)光聚焦到只有幾英寸寬的實(shí)驗(yàn)面板上。 在該面板內(nèi)，半導(dǎo)體催化劑被一層水覆蓋，并隨著它分離的氫氣和氧氣冒泡。</p> <p>&nbsp;</p> <p>該催化劑由生長(zhǎng)在硅表面上的氮化銦鎵納米結(jié)構(gòu)制成。 半導(dǎo)體晶片捕獲光，將其轉(zhuǎn)化為自由電子和空穴&mdash;&mdash;當(dāng)電子被光釋放時(shí)留下帶正電的空隙。 納米結(jié)構(gòu)中布滿了直徑為 1/2000 毫米的納米級(jí)金屬球，它們利用這些電子和空穴來(lái)幫助引導(dǎo)反應(yīng)。</p> <p>&nbsp;</p> <p>面板頂部的一個(gè)簡(jiǎn)單的絕緣層將溫度保持在 75 攝氏度或 167 華氏度的烘烤溫度，足夠溫暖以幫助促進(jìn)反應(yīng)，同時(shí)也足夠涼爽以使半導(dǎo)體催化劑發(fā)揮良好作用。 該實(shí)驗(yàn)的戶外版本在陽(yáng)光和溫度不太可靠的情況下，將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為氫燃料的效率達(dá)到了 6.1%。 然而，在室內(nèi)，該系統(tǒng)的效率達(dá)到了 9%。</p> <p>&nbsp;</p> <p>該團(tuán)隊(duì)打算應(yīng)對(duì)的下一個(gè)挑戰(zhàn)是進(jìn)一步提高效率并獲得可直接送入燃料電池的超高純度氫氣。</p> <p>&nbsp;</p> <p>與這項(xiàng)工作相關(guān)的部分知識(shí)產(chǎn)權(quán)已授權(quán)給米家共同創(chuàng)立的 NS Nanotech Inc. 和 NX Fuels Inc.。 密歇根大學(xué)和小米在這兩家公司都有經(jīng)濟(jì)利益。</p> <p>&nbsp;</p> <p>這項(xiàng)工作得到了國(guó)家科學(xué)基金會(huì)、美國(guó)國(guó)防部、密歇根轉(zhuǎn)化研究和商業(yè)化創(chuàng)新中心、密歇根大學(xué)工程學(xué)院藍(lán)天計(jì)劃以及美國(guó)陸軍研究辦公室的支持。</p> <p>&nbsp;</p> <blockquote> <p>注：本文由院校官方新聞直譯，僅供參考，不代表指南者留學(xué)態(tài)度觀點(diǎn)。</p> </blockquote>