特殊的金属纳米结构将氢气生成效率提高了300%

发布时间：2017/9/4 0:12:41

氢气是一种重要的合成原料，它在可再生能源技术中扮演着重要的角色；但是，由于其生产工艺较复杂并且成本较高，所以目前大多数都是来自化石燃料，如天然气等。庆幸的是，KAUST团队找到了一种更可持续的氢燃料生产方法，即利用一种光诱捕材料来模拟自然光合水分解的过程，来实现氢燃料的生产。

因为植物中的复合酶不可制造，所以研究人员开发了利用高能、热电子将水分子分解成氢气和氧气的光催化剂。*近，将太阳能电子转化为强烈的、类似于波浪状的等离子体共振的纳米结构金属，引起了科学家们对氢气生产的兴趣。这种高速金属等离子体能够在催化效率降低之前，就将载体转移到催化位点。

要想使得金属纳米粒子对可见光的整个光谱进行响应是具有挑战性的。领导这项研究的Andrea Fratalocchi解释说：“等离子体系统具有特定的几何形状，只能捕获到特定频率的光。有些方法是将多种纳米结构结合在一起，试图来扩大它的光谱范围，但这些吸收发生在不同的空间位置，所以太阳的利用效率并没有得到有效提高。

Fratalocchi和他的研究团队设计了一种新的工艺，使用一种被称为ENZ超材料的金属纳米结构，这种超材料是随机生长的，类似于一棵小松树的分形针。在由突出的金属分支形成的腔内部，光的传播速度极慢，近乎于静止状态，这就使得ENZ物质能够将所有的可见光都挤压到相同的纳米尺度位置。

然而，优化用于氢气生成的ENZ材料需要一个漫长的过程。因为并不是每个针状结构都以相同的方式工作着，这意味着团队必须对所有的制造参数微调，以找到所有抑制催化反应发生的障碍。然后，选择二氧化钛作为基板来收集热电子需要其具有极高的纯度。*后，用于催化裂解水分子的铂纳米颗粒的浓度和位置也需要*地控制。

功夫不负有心人，实验结果表明，ENZ光催化剂利用宽带光在一个10纳米界面区域内产生了热载流子，使得氢气制造效率提高了300％。

Fratalocchi说。 “我们*近设计了一歀效率惊人的工业样机，这使得我们对这项技术的未来前景非常乐观。”

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