受到植物光合作用的启发，加州理工学院开发出一种导电氧化镍薄膜，可以将光线转换成裂解水，安全地制造出氢燃料。
植物的光合作用机制将阳光、水和二氧化碳转换成氧和碳水化合物。人工光合作用系统则复制这样的机制。
用氧化镍薄膜作为矽等半导体材料的保护膜，能改善甲烷、氢等太阳能燃料的制造过程。
“这种新薄膜可以让太阳能燃料的制造过程更有效率、稳定、安全，不会产生容易爆炸的氢氧混和物。”研究作者、加州理工学院化学系特聘教授Nate Lewis说。
氧化镍薄膜让人工光合作用系统──又叫太阳能燃料发电机或“人工叶子”──的发展，往前迈进一大步。
找到合适材料人工叶子有谱了
Lewis团队开发的人工光合作用系统有3个主要元件：两个电极、光电阳极和光电阴极、一个塑胶膜。
光电阳极利用阳光氧化水分子，产生氧气，质子和电子，光电阴极则重新结合质子和电子，形成氢气;而塑胶膜将两种气体隔开，避免产生爆炸，并在压力下收集气体，使之安全地进入导管。
但过去类似的尝试都因为不同原因失败了。
“薄膜的条件非常严苛，必须与其保护的半导体相容、不透水、可导电、高透光度，以及具有高度催化性，以产生氧气和燃料。达成以上任何一个条件都是一种突破，但我们选用的材料具备所有条件。”Lewis说。
研究团队发现，氧化镍薄膜可和许多半导体材料相容，包括矽、磷化铟和碲化镉。当应用于光电阴极，氧化镍薄膜的效能就可超越过去尝试的其他材料。
要量产还有段距离
不过Lewis也强调，人工光合作用技术距离量产还很遥远，光电阴极等元件也还有进步空间。
“我们的团队同时也在开发新的光电阴极，试着将这些元件结合在一起形成可运作的系统。这不容易，但我们已经找到过去半个世纪所找不到的拼图。”Lewis说。
这篇研究“以透明催化氧化镍薄膜包覆之光电极进行太阳能驱动氧化”于3月9日发表于当周国家科学院院刊线上版。
