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一個(gè)能夠從空氣中收集水并提供氫氣燃料的裝置--完全由太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)--幾十年來(lái)一直是研究人員的夢(mèng)想，但現(xiàn)在洛桑的一個(gè)團(tuán)隊(duì)聲稱(chēng)已經(jīng)破解了這個(gè)難題。
EPFL化學(xué)工程師Kevin Sivula和他團(tuán)隊(duì)的研究人員開(kāi)發(fā)了一個(gè)簡(jiǎn)單的系統(tǒng)，該系統(tǒng)結(jié)合了基于半導(dǎo)體的技術(shù)和具有兩個(gè)關(guān)鍵特征的新型電極：它們是多孔的，以最大限度地與空氣中的水接觸；并且是透明的，以最大限度地使半導(dǎo)體涂層在陽(yáng)光下曝光。
當(dāng)該設(shè)備簡(jiǎn)單地暴露在陽(yáng)光下時(shí)，從空氣中獲取水分并產(chǎn)生氫氣。該成果今天發(fā)表在《先進(jìn)材料》上。
Sivula表示："為了實(shí)現(xiàn)一個(gè)可持續(xù)發(fā)展的社會(huì)，我們需要有辦法將可再生能源儲(chǔ)存為可用作燃料和工業(yè)原料的化學(xué)品。太陽(yáng)能是最豐富的可再生能源形式，我們正在努力開(kāi)發(fā)具有經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)力的方法來(lái)生產(chǎn)太陽(yáng)能燃料"。
來(lái)自植物葉子的靈感
在他們對(duì)可再生燃料的研究中，EPFL的工程師與豐田汽車(chē)歐洲公司合作，從植物能夠利用空氣中的二氧化碳將太陽(yáng)光轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的方式中獲得了靈感。
植物本質(zhì)上是從環(huán)境中收獲二氧化碳（CO2）和水，并在陽(yáng)光的額外能量的推動(dòng)下，通過(guò)光合作用將這些分子轉(zhuǎn)化為糖和淀粉。陽(yáng)光的能量以化學(xué)鍵的形式儲(chǔ)存在糖類(lèi)和淀粉中。
由Sivula和他的團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的透明氣體擴(kuò)散電極，當(dāng)涂上光收集半導(dǎo)體材料時(shí)，就像一片人造葉子，從空氣和陽(yáng)光中收集水，產(chǎn)生氫氣。陽(yáng)光的能量以氫鍵的形式被儲(chǔ)存起來(lái)。
他們的底層實(shí)際上是一個(gè)由毛氈玻璃纖維組成的三維網(wǎng)，而不是用對(duì)陽(yáng)光不透明的傳統(tǒng)層來(lái)建造電極。
這項(xiàng)工作的主要作者M(jìn)arina Caretti表示："開(kāi)發(fā)我們的原型設(shè)備是具有挑戰(zhàn)性的，因?yàn)橥该鞯臍怏w擴(kuò)散電極以前沒(méi)有被證明過(guò)，必須為每個(gè)步驟開(kāi)發(fā)新的程序。然而，由于每個(gè)步驟都相對(duì)簡(jiǎn)單且可擴(kuò)展，我認(rèn)為我們的方法將為廣泛的應(yīng)用打開(kāi)新的視野，從用于太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的氫氣生產(chǎn)的氣體擴(kuò)散基板開(kāi)始。"
從液態(tài)水到空氣中的濕度
Sivula和其他研究小組此前已經(jīng)表明，通過(guò)使用光電化學(xué)（PEC）電池從液態(tài)水和太陽(yáng)光中產(chǎn)生氫燃料，可以進(jìn)行人工光合作用。
一般來(lái)說(shuō)，PEC電池是一種利用入射光刺激浸在液體溶液中的光敏材料（如半導(dǎo)體）來(lái)引起化學(xué)反應(yīng)的裝置。但就實(shí)際用途而言，這個(gè)過(guò)程有缺點(diǎn)，對(duì)使用液體的大面積PEC裝置的制造很復(fù)雜。
Sivula表明，PEC技術(shù)可以用于收集空氣中的濕度，從而導(dǎo)致他們開(kāi)發(fā)了新的氣體擴(kuò)散電極。電化學(xué)電池（例如燃料電池）已經(jīng)被證明可以用氣體而不是液體來(lái)工作，但以前使用的氣體擴(kuò)散電極是不透明的，與太陽(yáng)能供電的PEC技術(shù)不兼容。
現(xiàn)在研究人員正在集中精力優(yōu)化該系統(tǒng)，考慮理想的纖維、孔隙、半導(dǎo)體和膜的尺寸。
