人工光合作用的新進展！

轉載自：煎蛋網

美國萊斯大學的科學家創造了一種有效、便於製造的析氧催化劑，與半導體搭配能實現光解水，將太陽能轉換為氫和氧形式的化學能。

萊斯大學和休斯頓大學研究者合作創造了一種新的催化劑，詳見後文

化學系教授Kenton Whitmire的實驗室與休斯頓大學研究者合作，發現直接在吸光納米棒陣列表面增加一層活性催化劑能產生人工光合材料，實現這種光吸收材料理論極限下的光解水。

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析氧催化劑將水分子分解為氫和氧。許多研究均致力於找到一種清潔可再生的方式產生氫燃料，但這些技術尚未實現商業化。

萊斯大學研究團隊提出了一種新的方法，該方法結合三種充足的物質——鐵，錳和磷，生成一種前驅物，可被直接放置在任何基質上而不損壞該基質。

為了驗證這種材料，該實驗室將該前驅物放置到定製化學氣相沉積(CVD)爐里，覆蓋一個吸光半導體二氧化鈦納米棒陣列。結合後的材料被稱為光電陽極，在達到10毫安每平方厘米的電流密度的時候仍然具有絕佳的穩定性。

上圖為均勻覆蓋催化劑的二氧化鈦納米棒陣列

該研究成果已被應用於兩項新研究中，一個是電影製作，發表在化學：歐洲雜誌上，另一個是光電二極體的製造，發表在美國化學學會納米上。

Whitmire說該催化劑是由一種分子前驅物分解而來，這個過程是可擴展的。萊斯實驗室結合鐵、錳和磷(FeMnP)形成一種分子，該分子在真空中會變成氣體。該氣體通過CVD接觸到熱表面時，分解為覆蓋表面的FeMnP催化劑。

研究者稱他們的薄膜是「首個異雙金屬磷化物薄膜」，所得到的薄膜包含穩定的原子六角形陣列，這在目前只能在1200攝氏度以上才能看到，而該薄膜只是在350攝氏度下花費30分鐘製造出來的。

Whitmire說：「高於1200攝氏度的溫度會摧毀半導體陣列。但我們的薄膜可以在較低溫度下製造，並能均勻覆蓋在吸光半導體上，相互作用形成混合電極。」

研究者用這種金屬模樣的薄膜覆蓋二氧化鈦納米棒的三維陣列。這種複合材料可被用作光化學電池中的高比表面半導體。

萊斯大學博士後研究生Andrew Leitner正在準備析氧催化劑

針對直接將過渡金屬覆蓋到納米棒表面以最大化兩者的接觸面這種做法，Whitmire說：「半導體和活性催化劑表面之間這種金屬質感的導電界面，是這種裝置工作的關鍵。」

該薄膜還具備鐵磁性，因為其中原子的磁矩為相同方向排列。薄膜的居里溫度較低，居里溫度即為材料的磁性由很難被外界改變到很容易被外界磁場改變的臨界溫度點。研究者稱，這對於磁製冷很有用。

由於已經制定了自己的技術，Whitmire說將其用於各種應用中就比較簡單了，比如石化產品，能源轉換以及製冷。「就像是不鳴則已，一鳴驚人。我們曾經花費了大量時間潛心研究，把物質結合到一起製作催化劑，現在卻突然有太多其他事情要做。」

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