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光解水制氫釋放量達到多少-合格標準
發(fā)布時間：2022-11-18 瀏覽量：1556
瘋狂的“硅谷鋼鐵俠”馬斯克說，要在火星上扔一萬個核彈，目的是為了讓火星兩極的二氧化碳釋放出來，把火星變得和地球一樣溫暖。
多年來，馬斯克一直希望殖民火星，他的很多公司都和這個瘋狂的想法有關。
SpaceX發(fā)射火箭自然不必說，太陽能電池公司SolarCity未來也能為火星移民提供電力。
最近，日本的科研人員給馬斯克帶來了一個好消息，移民火星計劃可能不必為能源和氧氣問題發(fā)愁了。
來自東京大學、信州大學的研究者發(fā)現(xiàn)了一種新的催化劑，用光分解水的效率（EQE）高達96%，還登上了最新一期的Nature。
用太陽光分解水過去不是沒有人研究過，此前最常見的方法是用太陽能電板發(fā)電，再用電分解水。
但日本科學家這次的發(fā)現(xiàn)是效率最高的。比起用SolarCity太陽能電板發(fā)電再電解水，效率不知道高到哪里去了。
國內某天才公司，甚至還想出用鋁來分解水，發(fā)明了所謂“水氫汽車”，但是鋁的造價比氫氣貴多了。
巧合的這次日本科學家也用到了鋁，但鋁是作為催化劑的一種成分，而非反應物，可以反復使用。
96%效率意味著什么
研究表明，如果太陽光催化分解水的效率達到10%，就能具備經濟上的競爭力。
但是，光催化半導體的轉換效率通常遠低于10％。這是因為光催化過程非常復雜，并且要求半導體顆粒具有多種特性的組合。
要實現(xiàn)高效率地光解水，催化劑需要做到以下幾步：
為了衡量催化劑光解效率，科學家們定義了2個物理量：內部量子效率（IQE）和外部量子效率（EQE）。
如果水吸收的光子全部用來分解水，那么IQE=100%。
但是IQE很難直接測量，這時候就要用到EQE。EQE是指照射反應容器的光子的效率。
水分子里有兩個氫氧鍵，光分解就是用光子切斷這兩個化學鍵。
如果效率達到100%，那么只要兩個光子就能切斷兩個氫氧鍵，產生一個氫分子（H2）。
所以EQE的定義為產生的氫原子數(shù)量（也就是氫分子數(shù)量2倍）與照射光子數(shù)量的比值：
EQE一般低于IQE，不難想象，照射反應容器的光不一定全被水吸收，還會有一部分損耗。
而日本科學家做到了EQE≈96%，證明了IQE接近100%，被水吸收的光子幾乎沒有浪費，全部被用來分解水分子了。
這種神奇的材料是如何做到如此高的效率呢？
抑制電荷復合，降低效率損失
研究人員選擇的初始材料，是鈦酸鍶（SrTiO3）。
這是一種特性良好的光催化劑，通過吸收紫外線來產生電子-空穴對。
不過，就像前文提到的，在此前的研究中，像這樣的光催化劑存在催化效率不高的問題。
造成損耗的其中一個原因，是電荷重組，這會使電子和空穴在參與分解水之前就重新結合在一起。