大阪大學的研究人員創(chuàng)造了基于金和黑磷的新材料，利用全方位的陽光產(chǎn)生清潔的氫燃料

全球氣候變化和能源危機意味著迫切需要替代化石燃料。最干凈的低碳燃料中有氫氣，它可以與氧氣反應釋放能量，而不會產(chǎn)生比水(H 2 O)更有害的產(chǎn)品。然而，地球上的大多數(shù)氫已經(jīng)鎖定在H 2 O(或其他分子)中，不能用于電力。

氫可以通過分裂H 2 O 產(chǎn)生，但是這比產(chǎn)生的氫可以回收更多的能量。水分解通常由太陽能驅動，即所謂的“太陽能 - 氫氣”轉換。像氧化鈦這樣的材料，被稱為具有寬帶隙的半導體，傳統(tǒng)上用于將太陽光轉化為化學能以進行光催化反應。然而，這些材料效率低，因為只有紫外線(UV)部分被吸收 - 太陽光的剩余光譜被浪費掉了。

現(xiàn)在，大阪大學的一個團隊已開發(fā)出一種材料，可以收獲更廣泛的陽光。這種材料的三部分復合材料最大限度地提高了吸收光和分解水的效率。核心是傳統(tǒng)的半導體氧化鑭鈦(LTO)。LTO表面部分涂有微小的金色斑點，稱為納米粒子。最后，將金覆蓋的LTO與元素黑磷(BP)的超薄片混合，其用作光吸收劑。

“BP是太陽能應用的絕佳材料，因為我們可以通過改變其厚度，從超薄到大塊來調整光的頻率，”團隊負責人Tetsuro Majima說。“這使我們的新材料能夠吸收可見光甚至近紅外光，而單靠LTO我們無法實現(xiàn)這一點。”

通過吸收這種廣泛的能量，BP被激發(fā)釋放電子，然后電子被傳導到涂覆LTO的金納米顆粒。金納米粒子還吸收可見光，導致其自身的一些電子被震動。然后BP和金納米顆粒中的自由電子被轉移到LTO半導體中，在那里它們充當用于水分解的電流。

使用這種材料的氫氣生產(chǎn)不僅通過更廣泛的光吸收，而且通過由BP和LTO的二維材料之間的獨特界面引起的更有效的電子傳導來增強。結果，該材料的活性比純LTO高60倍。

“通過有效地收集太陽能產(chǎn)生清潔燃料，這種材料可以幫助清理環(huán)境，”Majima說。“此外，我們希望我們對該機制的研究將推動光催化技術的新進展。”