调整电极表面以优化太阳能燃料的生产

ENN环境新闻精粹 2021年2月18日

科学家已经证明，修饰电极表面最顶层的原子层可以对太阳能水分解的活性产生显著影响。正如芝加哥大学在2月18日的《自然能源》杂志上所报道的那样，表面上具有更多铋（相对于钒来说）的钒酸铋电极在吸收太阳光能量时会产生大量电流。该光电流驱动化学反应，将水分解为氧气和氢气。氢气可以储存起来，以后用作清洁燃料。由于氢气与氧气重新结合，在燃料电池中发电时仅产生水，因此氢气可以帮助我们实现清洁、可持续的能源未来。

功能纳米材料中心（CFN）界面科学和催化小组的研究员得出研究结论：表面终止会改变系统的界面能，或者改变顶层与主体的相互作用。以铋为末端的表面表现出的光电流比以钒为末端的表面要高出50%。同时芝加哥大学和美国能源部阿贡国家实验室研究者也认为：从原子水平上了解表面改性的起源来研究表面改性是极具挑战性的，这需要紧密地进行实验和理论研究。

通过实验和理论的紧密结合，科学家们在原子水平上证明了光电极表面成分的变化如何在光电化学性能中发挥关键作用。钒酸铋是一种有前途的用于太阳能水分解的电极材料，因为它强烈吸收各种波长范围内的阳光，并且在水中保持相对稳定。在过去的几年中，研究人员完善了一种精确生长这种材料的单晶薄膜的方法：高能激光脉冲撞击真空室内的多晶钒酸铋表面。来自激光的热量使原子蒸发并降落在基材（基板）的表面上，形成薄膜。