纳米晶体太阳能制氢效率达到 66%

光合作用

光合作用通过将水分解为氧气和氢气，将太阳能转化为化学能，有机色素叶绿素充当光捕获天线。

工程系统通过使用吸光发色团（通常是有机染料）来模拟这种自然过程，以驱动分解水的氧化还原反应。然而，许多染料在持续阳光下会降解，限制了长期效率和稳定性。

半导体纳米晶体，例如硒化镉 (CdSe) 量子点，具有几乎以表面为主的体积。它们降低的缺陷密度和可调谐的电子接口可实现高效的光激发和电荷转移。通过在这些纳米晶体中掺杂精心挑选的杂质，研究人员可以调整其电导率并增强其对能源转换设备（包括太阳能电池和 LED）的适用性。

罗彻斯特大学团队组装了一个人工光化学系统，包括 CdSe 量子点、镍盐催化剂和作为牺牲电子供体的抗坏血酸。在水溶液中，该系统的量子效率达到 36%，每 100 个吸收光子产生 36 个氢分子。当反应介质为水/乙醇混合物时，效率跃升至 66%。

每个量子点吸收两个光子，产生两个电子，并转移到镍催化剂上。然后催化剂将两个质子耦合形成 H2，同时量子点配体重新生成催化位点。这种双光子、双电子策略产生了稳定、耐阳光的过程，不会出现染料系统中观察到的失活现象。

利用地球上资源丰富的廉价材料实现高量子效率，使这种纳米晶体方法成为可扩展的绿色氢生产的有前途的途径。除了燃料生产之外，该技术还可以适用于工业过程，例如通过哈伯循环合成氨，其中可靠的氢源至关重要。

纳米材料