在近日發(fā)表于《自然通訊》期刊上的一篇文章中，該校研究人員找到了一種利用陽光來有效從水中分離氧分子的方法验沮。

早在 1970 年代薯摩，就已經(jīng)有研究人員提出了利用太陽能來制氫的可能性冲取。但由于無法找到有效催化的特殊材料，該方法遲遲未能流行開來猪破。

光電陽極期間的幾何結(jié)構(gòu)與功能示意

科克雷爾工程學(xué)院的電氣與計算機工程系教授 Edward Yu 表示：“你需要高效地吸收太陽能鄙吗，同時確保材料不會在水解反應(yīng)時被降解”。

事實證明滓乡，在水分解反應(yīng)所需的條件下疙鹃，善于吸收陽光的材料往往不夠穩(wěn)定，而穩(wěn)定的材料又常常對陽光的吸收能力較差巍碍。

研究配圖 - 1：金屬-絕緣體-半導(dǎo)體光陽極示意

這些矛盾點尸诽，使得研究人員必須在多方面有所折衷甥材。但通過將多種材料組合到單體設(shè)備中盯另，即可有效化解這種沖突。

此例中洲赵，研究團隊就結(jié)合了一種能夠高效吸收太陽能的材料(比如硅)鸳惯，輔以穩(wěn)定性更好的另一種材料(例如二氧化硅)。

研究配圖 - 2：Al尖峰后的電阻變化

實際運用中叠萍，這又帶來了另一項挑戰(zhàn) —— 在硅中吸收太陽能所產(chǎn)生的電子和空穴芝发，必須能夠輕松地穿過二氧化硅層。

一方面苛谷，這意味著層厚度不超過幾納米辅鲸。但另一方面，它這又會降低其保護硅吸收劑免于降解的有效性腹殿。

研究配圖 - 3：Ni 電沉積的表征

好消息是独悴，研究團隊找到了一種通過厚二氧化硅層來創(chuàng)建導(dǎo)電路徑的方法。新方案能夠低成本地運用锣尉，并擴展到大批量生產(chǎn)流程中刻炒。

為此牢星，Edward Yu 及其團隊率先在半導(dǎo)體電子芯片制造工藝中運用了這項新技術(shù)。

研究配圖 - 4：Ni/90 nm SiO2/n-Si 光電層的 PEC 表征

通過鋁薄膜涂覆二氧化硅層里捌，然后價格整個結(jié)構(gòu)隐鬼，以形成鋁“尖峰”陣列，并完全橋接二氧化硅層型吃。然后就可輕易被鎳柱丐、或其它有助于催化水分解的材料所取代。

當(dāng)受到陽光照射時施司，這些器件能夠有效地將讓水形成氧分子毫胎，同時在單獨的電極上產(chǎn)生氫氣，并在長時間運行期間表現(xiàn)出出色的穩(wěn)定性衍周。

研究配圖 - 5：不同模型的潛在分布模擬

更棒的是茄焊，由于制造這些設(shè)備的技術(shù)，已被廣泛運用于半導(dǎo)體電子產(chǎn)品的制造窍绸，所以新裝置的大規(guī)模生產(chǎn)也將相當(dāng)容易擴展茵冗。

目前該團隊已提交臨時專利申請，并期望盡快將該技術(shù)投入商業(yè)化叮姑。

研究配圖 - 6：Ni / SiO2 / P+n-Si 光電極的尖峰表征與模擬

有關(guān)這項研究的詳情唉地，已經(jīng)發(fā)表在近日出版的《Nature Communications》期刊上。

原標(biāo)題為《Scalable, highly stable Si-based metal-insulator-semiconductor photoanodes for water oxidation fabricated using thin-film reactions and electrodeposition》传透。