美發(fā)明鈦鐵陽極電鍍膜光電解水新技術(shù)

美國賓夕法尼亞州立大學(xué)的科學(xué)家近日在《納米快報(bào)》上發(fā)文稱，由自動排列、垂直定向的鈦鐵氧化物納米管陣列組成的薄膜，可在太陽光的照射下將水分解為氫氣和氧氣。這種新的光電解水技術(shù)費(fèi)用低廉、污染少，而且還可以不斷改進(jìn)。

賓夕法尼亞州立大學(xué)的科學(xué)家曾經(jīng)報(bào)道，在紫外線的照射下，鈦納米管陣列的光電轉(zhuǎn)換效率可達(dá)16.5%。二氧化鈦通常用于白漆和遮光劑，由于它具有很好的電荷轉(zhuǎn)移性和耐腐蝕性，因而有望成為廉價(jià)、長效的太陽能電池材料。不過，紫外線在太陽能光譜中只占大約5%，研究人員需要找到一種方法，把材料的帶隙移至可見光譜。

研究人員推測，通過將低帶隙的半導(dǎo)體材料———赤鐵礦摻雜到二氧化鈦膜中，可以吸收更大范圍的太陽光。該校材料研究所電機(jī)工程教授克雷吉·格蘭姆斯領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)將摻雜有氟的氧化錫涂布到玻璃基質(zhì)上，然后再將鈦和鐵濺射到其上面，從而制造出了一種鈦—鐵金屬膜。該薄膜在乙烯乙二醇溶液中進(jìn)行陽極電鍍，接著經(jīng)氧氣退火2小時(shí)后結(jié)晶。經(jīng)過對許多不同厚度、不同鐵含量的薄膜進(jìn)行研究，他們得到了光電流強(qiáng)度為2毫安/平方厘米、光電轉(zhuǎn)換率為1.5%的薄膜。這是利用氧化鐵材料獲得的第二高的光電轉(zhuǎn)換率。

該團(tuán)隊(duì)目前正試圖通過優(yōu)化納米管結(jié)構(gòu)以克服鐵的低電子空穴遷移性。通過減少鈦鐵氧化物納米管壁的厚度，研究人員希望，具有赤鐵礦帶隙的材料可以獲得接近12.9%的理論最大光電轉(zhuǎn)換率。

發(fā)展?jié)崈裟茉椿蛱娲履茉词俏磥砟茉唇ㄔO(shè)的世界潮流，其中氫能是最佳選擇。由于氫、氧結(jié)合不會產(chǎn)生二氧化碳、二氧化硫和煙塵等污染物，所以氫被看作是未來理想的潔凈能源，有“未來石油”之稱。