編者按：近日，以色列理工學(xué)院太陽能燃料集優(yōu)研究中心科研人員，研發(fā)出了一種新的光解制氫方法。他們表示，這種基于納米材料技術(shù)的發(fā)明，如嫁接于光伏電池技術(shù)，則可實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電和光解水制氫兩個綠色能源生產(chǎn)方式的結(jié)合。
　　
　　光解水制氫技術(shù)
　　
　　相關(guān)資料顯示，光解水制氫技術(shù)始自1972年，由日本東京大學(xué)Fujishima A和Honda K兩位教授報告發(fā)現(xiàn)TiO2單晶電極光催化分解水從而產(chǎn)生氫氣這一現(xiàn)象，從而揭示了利用太陽能直接分解水制氫的可能性，開辟了利用太陽能光解水制氫的研究道路。
　　
　　隨著電極電解水向半導(dǎo)體光催化分解水制氫的多相光催化的演變和TiO2以外的光催化劑的相繼發(fā)現(xiàn)，興起了以光催化方法分解水制氫（的研究，并在光催化劑的合成、改性等方面取得較大進(jìn)展。
　　
　　近幾十年來，隨著能源需求的持續(xù)增長，尋找新能源的研究越來越受到人們的關(guān)注。氫能，它作為二次能源，具有清潔、、安全、可貯存、可運(yùn)輸?shù)戎T多優(yōu)點(diǎn)，已普遍被人們認(rèn)為是一種的新世紀(jì)無污染的綠色能源，因此受到了各國的高度重視。但同時也滋生了另一個問題，如何低成本的獲得氫能，則是該領(lǐng)域科研人員一直想要走出的迷局。
 
　　迄今為止，人們所研究和發(fā)現(xiàn)的光催化劑和光催化體系仍然存在諸多問題，如光催化劑大多僅在紫外光區(qū)穩(wěn)定有效，能夠在可見光區(qū)使用的光催化劑不但催化活性低，而且?guī)缀醵即嬖诠飧g現(xiàn)象，需使用犧牲劑進(jìn)行抑制，能量轉(zhuǎn)化效率低，這些阻礙了光解水的實(shí)際應(yīng)用。光解水的研究是一項(xiàng)艱巨的工作，雖然近期取得了一些進(jìn)展，但是還有很多工作需要進(jìn)一步研究，如研制具有特殊結(jié)構(gòu)的新型光催化劑、新型的光催化反應(yīng)體系，對提高光催化性劑性能的方法進(jìn)行更加深入的研究等，這些都是今后光解水的研究重點(diǎn)。
　　
　　21世紀(jì)突破  期待新能源早日問世
　　
　　利用自然界豐富的太陽能制氫，有可能成為未來的潔凈能源，因此光催化分解水被認(rèn)為是“科學(xué)界的圣杯”。同時，光催化分解水是一個多電子轉(zhuǎn)移的能量爬坡過程，又被喻為“科學(xué)界的哥德巴赫猜想”，其中一些關(guān)鍵科學(xué)問題還沒有很好地解決。
　　
　　此前，來自中科院大連化物所李燦院士團(tuán)隊(duì)撰寫的綜述文章——《助催化劑在光催化和光電催化中的作用》，是*篇比較系統(tǒng)闡述光催化和光電催化體系中助催化劑作用的文章。該團(tuán)隊(duì)在基于“結(jié)”與“助催化劑”構(gòu)建光催化體系方面的系列研究引起同行關(guān)注。
　　 
　　40多年的研究表明，構(gòu)建復(fù)合的光催化體系是實(shí)現(xiàn)光催化分解水的必由之路。目前報道的一些光催化劑和體系效率還是很低，主要是因?yàn)橐恍╆P(guān)鍵問題還沒有解決，如光的有效吸收、光生電子和空穴的有效分離、有效的氧化和還原表面催化反應(yīng)等。為了進(jìn)一步認(rèn)識和解決這些問題，李燦團(tuán)隊(duì)提出了基于“結(jié)”與“助催化劑”構(gòu)建復(fù)合光催化體系光催化分解水制氫的構(gòu)想，并取得了一系列研究成果。
　　
　　而在另一個國度，以色列的科學(xué)家已經(jīng)在理論的基礎(chǔ)上，邁出了堅(jiān)實(shí)的一步。以色列理工學(xué)院太陽能燃料集優(yōu)研究中心（I-CORE）的科學(xué)家研發(fā)出了一種新的光解制氫方法，這種基于納米材料技術(shù)的發(fā)明，使低成本光解水制氫成為可能；如果嫁接光伏電池技術(shù)，則可能催生制氫光伏產(chǎn)業(yè)，實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電和光解水制氫兩個綠色能源生產(chǎn)方式的結(jié)合。
　　
　　據(jù)參與研究的科研人員介紹，“用集成串聯(lián)光伏電池實(shí)現(xiàn)光解水制氫*可行，光伏發(fā)電的同時制氫、儲氫，氫燃料再用于補(bǔ)充黑夜和陰天的發(fā)電需要。”他們已找到一種方式來捕捉光，用超薄鐵氧化物薄膜，也就是用比辦公用紙還薄5000倍的鐵銹，即三氧化二鐵來儲存光，這是實(shí)現(xiàn)率和低成本的關(guān)鍵。
　　
　　氧化鐵是一種常見的半導(dǎo)體材料，生產(chǎn)成本低，在水里不易氧化、耐腐蝕、耐分解，比其他半導(dǎo)體材料表現(xiàn)更穩(wěn)定。但它較低的導(dǎo)電性是研究人員面臨的zui大挑戰(zhàn)?？蒲腥藛T為此奮斗多年，努力找尋光吸收分離和光生載荷收集之間的折衷方案。他們的光捕獲方案打破了這個瓶頸，氧化鐵超薄薄膜能夠有效地吸收光生電荷。類似鏡面的薄膜被置于反射基板上，光線中的四分之一波長或更深的子波長被薄膜捕獲。同時向前和向后傳播的光波之間增強(qiáng)了吸收表面，光生電荷載體的吸收效率更好。
　　
　　而這項(xiàng)科研成果使光伏發(fā)電和制氫同時進(jìn)行成為可能。不久的將來，人們可以設(shè)計(jì)制造出相對廉價的結(jié)合有超薄氧化鐵光電極的太陽能電池，這種太陽能電池*可以采用基于硅材料或其他材料的傳統(tǒng)產(chǎn)品，但能同時實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電和制氫。這些電池實(shí)現(xiàn)了太陽能儲存，讓光伏發(fā)電不再受黑夜和陰天影響，而這恰恰是傳統(tǒng)光伏發(fā)電*的。