▲彩色电子显微镜图像显示了人工光合装置的氮化镓塔，其放大率为52.5k。这些纳米结构将水分子分解成氢和氧，以产生清洁的氢燃料。
目前，科学家发明了一种新的、稳定的人工光合作用装置，可将太阳光分解淡水和盐水的效率提高一倍，同时产生可以在燃料电池中使用的氢。通过重新配置，该装置还可以将二氧化碳转化为燃料。该研究内容近日发表在《Nature Communications》上。
氢是最清洁的燃料，但制氢过程并不一定是环保的。传统的方法需要天然气或电力。而新装置所采用的直接太阳能水分裂方法只需要使用太阳光和水。
“如果我们能将太阳能作为一种化学燃料直接储存起来，就像大自然通过光合作用所做的那样，我们就能解决可再生能源的根本问题。”美国密歇根大学电气与计算机工程教授?Zetian Mi说。
该设备主要由硅和氮化镓制成，并且其设计中只需用到阳光和海水，从而为大规模生产清洁氢燃料铺平了道路。
以前的直接太阳能水分离器在淡水或盐水中实现了略高于1%的稳定氢转化效率。然而，Mi和他的团队取得了超过3%的氢转化效率。
为了达到这个稳定的效率，该团队建造了一个纳米级的氮化镓塔，用于产生电场。氮化镓将光或光子转化成可移动的电子和带正电荷的空位，称为空穴。这些“免费”的电荷将水分子分解成氢和氧。
目前，芯片的硅衬底暂时对其功能没有太大贡献。下一步研究人员可能会利用硅来帮助捕获光线，并向氮化镓发射塔输送电荷载体。
“虽然3%的效率看起来很低，但实际上这是一个巨大的突破。因为大自然的光合作用，效率大约为0.6%。”Mi解释，5%的效率是商业化的门槛，但他团队的目标是20%或30%的效率。
Mi还进行了其他类似的研究，将二氧化碳中的氧原子释放出来，然后把产生的碳转化为碳氢化合物，如甲醇和合成气。这一研究路径可从大气中去除二氧化碳。
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编译：Coke 审稿：阿淼 编辑：程建兰
来源：https://www.sciencedaily.com/releases/2018/05/180503142632.htm
