亚洲彩票app官方下载

科普专栏 / Information

给“人造树叶”穿上石墨烯的外衣

德国亥姆霍兹联合会(HZB)的Thomas Schedel-Niedrig教授领导的研究团队近期研发了一种太阳能转化效率高达12%的“人造树叶”,也就是一种多层膜结构的超薄型太阳能电池。这个多层膜结构的太阳能电池的工作原理非常简单,将其放入水中,再用光照射,就可以把水分解成氢气和氧气,从而将太阳能以氢气的形式储存起来。但是该电池也存在一些问题。一是必须有充足的光照才能提供足够大的电压来将水分解。二是用于制作太阳能的半导体材料不能长时间工作于酸性环境中。

为了应对这些问题,科学家们决定给太阳能电池加上一层透明的、导电性良好的、稳定的保护层。作为保护层的材料要选择哪一种呢?研究人员将目光锁定于目前非常火的二维材料——石墨烯。石墨烯虽然已经成为人们研究的热点,但是在电化学上成功应用的案例却并不多。此次,科学家们将其作为有机物的保护层,大大提高了太阳能的转化效率。研究人员还观察到,长时间的反应后转化效率也没有退化,依然能够维持在12%。

该研究团队研发的太阳能电池还有另外一个亮点,那就是催化剂的二次使用。该团队的一个博士生Anahita Azarpira解释道:“制作样本时,首先在半导体硅上生成碳氢原子链,然后沉积催化剂二氧化钌的纳米颗粒,从而形成一个3-4nm厚的稳定的导电聚合物层。”二氧化钌纳米颗粒在反应过程中发挥了两次作用。第一次是为有效的有机物的发展提供了保护层,使原本复杂的化学反应简单化;第二就是发挥了作为催化剂的本质作用,加速了水分子的分解。该研究成果已经发表在Advanced Energy Materials。

相关文章