氫氣是一種很有前途的“綠色”燃料。氫是最輕的化學(xué)元素，氫是一種有效的能量存儲(chǔ)器，可以替代汽車中的汽油。然而，該元素本質(zhì)上不存在大量，并且必須人工生產(chǎn)。

通過將水(H 2 O)分解成氫氣(H 2)和氧氣(O 2)可以產(chǎn)生氫氣。有很多方法可以做到這一點(diǎn)，但最干凈的 - 因此最吸引人的 - 是使用太陽(yáng)能電池。這些裝置捕獲太陽(yáng)光的能量以驅(qū)動(dòng)水分解反應(yīng)。

陽(yáng)光來自光譜，每種顏色都有不同的波長(zhǎng)。太陽(yáng)能電池必須吸收特定波長(zhǎng)的光，這取決于電池驅(qū)動(dòng)反應(yīng)所需的能量。它捕獲的光譜越多，產(chǎn)生的氫就越多。不幸的是，大多數(shù)細(xì)胞僅吸收較短波長(zhǎng)的光，對(duì)應(yīng)于紅光區(qū)域下方可見光的較高能量區(qū)域。這意味著雖然可以使用藍(lán)色和綠色光等顏色，但其余的都被浪費(fèi)了。

現(xiàn)在，日本九州大學(xué)及其碳中性能研究所(I2CNER)的研究人員已經(jīng)解決了這個(gè)問題。他們發(fā)明了一種由近紅外(NIR)光驅(qū)動(dòng)的裝置 - 光譜的一部分，肉眼看不見，波長(zhǎng)比可見紅光長(zhǎng)。因此，它們能夠收獲更廣泛的光譜，包括UV，可見光和NIR。他們的設(shè)計(jì)巧妙地利用了釕的化學(xué)成分，釕是一種與鐵有關(guān)的重金屬。他們的成就在Angewandte Chemie國(guó)際版中有所報(bào)道。

特殊的金屬 - 有機(jī)雜化材料擅長(zhǎng)捕獲光，這有助于它們的電子“跳躍”到附著在金屬中心的材料的有機(jī)部分的軌道中。在太陽(yáng)能電池中，這是產(chǎn)氫的第一步，因?yàn)殡娮邮腔瘜W(xué)的驅(qū)動(dòng)因素。然而，軌道之間的跳躍通常是如此之大，以至于只有紫外線和可見光的較高能量區(qū)域才有足夠的能量來刺激它。紅色，近紅外甚至更長(zhǎng)的紅外光被簡(jiǎn)單地反射回來或通過設(shè)備，它們的能量仍然未被使用。

九州的設(shè)計(jì)與眾不同。“我們?cè)卺懺又幸肓诵碌碾娮榆壍溃?rdquo;相應(yīng)的作者Ken Sakai教授解釋說。“這就像在梯子上添加梯級(jí) - 現(xiàn)在釕中的電子沒有跳躍，所以他們可以使用較低的能量，如紅色和近紅外光。這幾乎可以使我們可以收獲的太陽(yáng)光子數(shù)量增加一倍。 “

訣竅是使用有機(jī)化合物 - 碳和氮的六角形環(huán) - 將三個(gè)金屬原子連接成一個(gè)單獨(dú)的分子。事實(shí)上，這不僅創(chuàng)造了這些新的“梯級(jí)” - 因此能夠使用紅光和近紅外光 - 而且由于分子的光捕獲部分的空間擴(kuò)展，使反應(yīng)更有效。因此，加速了氫的產(chǎn)生。

“這需要在全球范圍內(nèi)進(jìn)行數(shù)十年的努力，但我們終于設(shè)法通過NIR來減少水的排放，”Sakai說。“我們希望這只是一個(gè)開始 - 我們?cè)搅私饣瘜W(xué)反應(yīng)，我們就越能設(shè)計(jì)出能夠使干凈的氫能儲(chǔ)存成為商業(yè)現(xiàn)實(shí)的設(shè)備。”