纳米晶体驱动太阳能制氢效率高达66%

光合作用

光合作用通过叶绿素作为集光天线，将太阳能转化为化学能，分解水产生氧气和氢气。

工程系统模拟这一自然过程，利用吸光发色团（常为有机染料）驱动氧化还原反应分解水。然而，许多染料在持续光照下降解，限制了长期效率和稳定性。

半导体纳米晶体如硒化镉(CdSe)量子点拥有近乎表面主导的体积。其缺陷密度低、电子界面可调，实现高效光激发和电荷转移。通过掺杂精选杂质，研究人员可调控其导电性，增强其在太阳能电池和LED等能量转换器件中的适用性。

罗切斯特大学团队构建了包含CdSe量子点、镍盐催化剂和抗坏血酸（作为牺牲电子给体）的人工光化学体系。在水溶液中量子效率达36%（每100个吸收光子产生36个氢分子）；水/乙醇混合介质中效率跃升至66%。

每个量子点吸收两个光子产生两个电子，转移至Ni催化剂。催化剂将两个质子耦合生成H₂，量子点配体重新生成催化位点。这种双光子、双电子策略实现了稳定、耐光照的过程，避免了染料体系的失活问题。

利用廉价、地球丰富材料实现高量子效率，使纳米晶体路线成为可规模化绿色制氢的有力候选。除燃料生产外，该技术可改造用于工业过程，如哈伯法合成氨，其中可靠氢源至关重要。

纳米材料