莱斯大学研究新型水解制氢技术

据国外网站报道：莱斯大学的研究人员发现更高效率光解制氢的新方法。目前，实验成果已经发表在了Nano Letters杂志上。该技术依赖于光激活的金纳米颗粒来捕捉太阳光并且将太阳能转移到高度激发的电子上，这种激发的电子被称为“热电子”。

这种“热电子”有潜力驱动化学反应，但是它们衰减地十分厉害，例如当今最好的光伏太阳能电池板的能量损耗都是因为“热电子”在几万亿分之一秒内冷却造成的热量损失。因此，在这些“热电子”冷却之前捕获这些高能电子有利于实现光电转换效率的大幅提升以及光电成本的降低。

而在莱斯大学的研究中，光被捕捉后用于转化成等离子体，一波一波的电子像流体一样流过纳米粒子的表面。等离子是一种高能量状态，本身存在时间不长，但是研究人员找到了将等离子能量转换成电或热的方法。等离子态的纳米粒子也是利用热电子能量最有效的途径之一。莱斯大学的研究人员最近的一系列成果使这个目标越来越近。

这一次莱斯大学的研究人员发明了一个系统可以利用热电子的能量用于分解水制造氢气和氧气。为了利用这些热电子，研究人员首先找到了将它们和电子空穴中分离的方法。而热电子寿命短的原因是它们总是倾向于与电子空穴结合释放能量回到低能量状态，所以唯一的办法就是创造一个系统可以快速将热电子和电子空穴分开。目前常规的方法就是将热电子能量提升到超过一定能量壁垒，这种方法虽然存在固有的低效率缺陷，但由于其采用现有的技术，所以有一定前景。但是莱斯大学的研究人员采用了一种非常规的方法，制造了一种类似筛或者过滤膜的结构可以通过电子空穴而热电子不能通过，所以热电子就存在于等离子态纳米颗粒的表面。

这种结构包含了三层材料。底层是薄薄的光滑铝板。这层覆盖有镍氧化物的透明薄涂层，最顶层则是用于等离子态纳米金颗粒的收集层。整个结构为圆盘堆积结构，直径约10至30纳米。

当阳光直接照射圆盘或者从铝层反射入圆盘，圆盘转换光能转化为热电子。铝吸引所产生的电子空穴，氧化镍允许电子空穴的传递，同时也作为热电子的防渗层。通过圆盘铺设在平板材料上并用水覆盖它，可以实现利用金纳米粒子作为催化剂分解水。在现有实验中，研究人员测量所产生的的电压可用于分解水，而不是直接测量通过测量所产生的进化氢气和氧气，所以未来还值得进一步研究。