超高效太阳能制氢设备

据外国媒体报道：科学家发现了捕获多余的光能以生产燃料的方法，该方法甚至可以在雨天进行燃料的收集。

在将太阳光转换成化学燃料的常规系统中，无论光子的能量多么大，单个光子都只能带来一个电子-空穴对，该电子-空穴对随后进行化学反应，多余的能量作为热量而丢弃。这种单对单的模式限制了使用阳光来制造化学燃料的能力。科学家已经克服了这个限制，他们首次证明，可以从单个光子产生两个电子-空穴对（激子），进而用这两个电子-空穴对来生产氢气。

这项研究的结果意味着人们可以通过从高能光子中获取更多的能量，使阳光转化为化学燃料效率提高，允许在相同的土地上获得更多的氢气，从而降低成本。

传统的基于半导体的太阳光子能量收集中，半导体带隙上的多余光子能量被浪费。科学家们发现，半导体量子点可以通过产生多个来捕获电子-空穴对来收集多余的光子能量：在这项工作中，科学家们在太阳光电化学电池中观察到了超过100％的外部量子效率，这是通过多重激子产生提高化学反应产率的第一个例子。

光电化学电池由硫化铅（PbS）量子点光电极组成，科学家使用逐层沉积的方法从溶液沉积TiO2 / FTO（F掺杂的SnO2）涂覆的载玻片顶部。该团队展示了具有0.85，0.92和1.08 eV带隙能量的量子点光电极的大于100％的外部量子效率，并在Na2S溶液中产生了氢气。

这项工作由美国能源部（DOE）基础能源科学办公室，能源前沿研究中心的高级太阳能光物理中心（CASP）和化学科学，地球科学和生物科学部门的太阳光化学计划提供资助。

参考文献：

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