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利用整个阳光的光谱使太阳能更有效

时间：2022-03-24 15:25:07 来源：

研究人员首次表明，可以从阳光的整个可见光谱中收集能量，并快速有效地将其转化为氢气以燃料。

化学发现可以使太阳能更有效，因为研究人员已经找到了一种方法来利用整个阳光的阳光。

科学家们首次开发出一种可以有效地吸收阳光的单一分子，也可以作为将太阳能转化为氢气的催化剂，这是一种燃料的清洁替代品，适用于气动车辆。

该新分子从整个可见光谱收集能量，并且可以利用比电流太阳能电池更多的太阳能更多的太阳能。该发现可以帮助人类从化石燃料和无法促进气候变化做出贡献的能源过渡。

研究人员在2020年1月20日出版的研究中概述了他们的研究结果，自然化学。该研究团队由Claudia Turo，化学教授和俄亥俄州大学化学和生物物理动态中心主任领导。

“整个想法是我们可以使用来自阳光的光子并将其转化为氢气。为了简单地说，我们正在将能量从阳光下储存并将其存放到化学键中，因此可以在以后的时间使用，“Turo说。

光子是含有能量的阳光的元素颗粒。

这是研究人员首次出现，可以从阳光的整个可见光谱中收集能量 - 包括低能量红外，这是先前难以收集的太阳光谱的一部分 - 并快速地改变它有效地，进入氢气。氢是一种清洁燃料，意味着它不会产生碳或二氧化碳作为其使用的副产品。

“是什么让它的工作是系统能够将分子放入激励状态，在那里它吸收光子，并且能够存储两个电子以制造氢气，”都说。“这种在衍生自两个光子的单个分子中的两个电子存储，并将它们一起使用以使氢气成功，是前所未有的。”

将能量从太阳转化为，说，为汽车燃料，首先需要机制来收集能量。然后必须将该能量转换成燃料。转换需要一种称为催化剂的东西 - 一种加速化学反应的东西，允许从太阳能转化为氢气的可用能量。

最先前的尝试收集太阳能并将其变成氢气的重点集中在阳光下的较高能量波长 - 思考紫外线。

以前的尝试还依赖于由两种或更多种分子构成的催化剂，该分子交换电子能量 - 当它们燃料从太阳能产生燃料时。但能量在交换中丢失，使得这些多分子系统效率较低。

依赖于单分子催化剂的几次尝试也是低效率的，这部分是因为它们没有从阳光的完整可见光谱中收集能量，并且部分原因是催化剂本身迅速降解。

她说，Turo的研究团队PD突出了如何使催化剂成为一种分子 - 一种元素铑的形式 - 这意味着能量较少丢失。他们PDO出如何从红外线到紫外线 - 整个可见光谱收集能量。根据研究，该研究团队设计的效率近25倍，低能量近红外光比先前的单分子系统，根据该研究的紫外线。

在研究中，研究人员使用LED闪光到含有活性分子的酸溶液上。当他们这样做时，他们发现产生氢。

“我认为它有效的原因是因为分子很难氧化，”她说。“我们必须具有可再生能源。想象一下，如果我们可以使用阳光来代替煤炭或煤气或石油，我们可以做些什么来解决气候变化。“

在研究团队的发现可以进入真实的应用程序之前，Turo说，还有很多工作要做。铑是一种稀有金属，从铑生产催化剂是昂贵的。该团队正在致力于改善该分子以在更长的一段时间内生产氢，并正在制造催化剂，从而从更昂贵的材料中建造。

参考：“用低能量灯制造二氢细胞单分子光催化剂”通过T.WShitemore，C. Xue，J.Huang，J.C.C.Carucci和C. Turro，192020年1月20日，自然化学.DOI：
10.1038 / S41557-019-0397-4

这项工作得到了美国能源部科学厅的支持。


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