美国丨科学家首次发现可利用整个太阳光谱高效制氢的催化剂

美国俄亥俄州立大学研究人员首次开发出一种可以有效吸收阳光的催化剂，有望从整个可见光光谱中收集能量，并将其快速有效地转化为氢气。但该催化剂来自贵金属铑，实际应用前需进一步降低成本。

图片来自David Monje

氢是清洁低碳、安全高效的燃料。太阳能制氢技术因其低碳且成本下降空间巨大而深受瞩目，尤其是光解技术越过常用电氢转换使氢气制备进一步脱离对二次能源的依赖。常用的太阳能制氢技术主要有：电解、热解和光解。此前氢能首席观察曾介绍过美国HyperSolar正在开发一种具有成本效益和变革性的光解制氢系统。该系统试图通过光吸收材料、催化剂和系统工程的创新以解决现有PEC技术对耐久性的限制，进而提升氢气生产效率并降低系统成本。

简而言之，我们可以使用来自太阳的光子并将其转换为氢。我们充分利用阳光中的能量并将其存储为化学能，以便后续使用。

——俄亥俄州立大学化学中心主任Claudia Turro

近日，俄亥俄州立大学Claudia Turro教授团队首次开发出一种有效吸收阳光并将太阳能转化为氢的催化剂。该催化剂可以从整个可见光谱中收集能量，使得太阳能的利用效率比当前提升50％。这一发现有助于全球加快向可再生能源过渡。

光子是包含能量的太阳光基本粒子。研究人员首次表明，可以从整个可见光光谱中收集能量，包括低能量的红外光，这是以前很难收集的一部分太阳光谱，并可以快速，高效地转化为氢。原理是该系统能够使分子处于激发态，在该状态下其吸收光子并能够存储两个电子以产生氢。将两个电子存储在源自两个光子的单个分子中，并一起使用以制造氢，这是前所未有的。

此前，大多数将太阳能转化为氢的尝试都集中在紫外线等阳光中较高能量波上。先前的尝试还依赖于由两个或多个分子构成的催化剂，这些分子在利用太阳能发电为燃料时交换电子（即能量）。但是交换中会产生能量损失，从而降低整体效率。

Turro教授研究团队尝试仅用一个分子（一种元素铑的形式）制造催化剂，这意味着损失的能量更少，并实现从整个可见光谱收集能量。研究人员使用LED将光照射到含有活性分子的酸性溶液上，氢气便产生了。该系统在低能量的近红外光下的效率比以前利用紫外线光子的单分子系统高出近25倍。 

这项工作得到了美国能源部科学办公室的支持。在该研究成果应用于实际应用之前，还有很多工作要做。铑是稀有金属，由其生产催化剂很昂贵。研究团队正在努力改善该催化剂，增加其寿命，并努力寻找更为便宜的材料。