给“人造树叶”穿上石墨烯的外衣

材料牛注：德国亥姆霍兹联合会（HZB）的Thomas Schedel-Niedrig教授领导的研究团队近期研发了一种太阳能转化效率高达12%的“人造树叶”，也就是一种多层膜结构的超薄型太阳能电池。

这个多层膜结构的太阳能电池的工作原理非常简单，将其放入水中，再用光照射，就可以把水分解成氢气和氧气，从而将太阳能以氢气的形式储存起来。但是该电池也存在一些问题。一是必须有充足的光照才能提供足够大的电压来将水分解。二是用于制作太阳能的半导体材料不能长时间工作于酸性环境中。

为了应对这些问题，科学家们决定给太阳能电池加上一层透明的、导电性良好的、稳定的保护层。作为保护层的材料要选择哪一种呢？研究人员将目光锁定于目前非常火的二维材料——石墨烯。石墨烯虽然已经成为人们研究的热点，但是在电化学上成功应用的案例却并不多。此次，科学家们将其作为有机物的保护层，大大提高了太阳能的转化效率。研究人员还观察到，长时间的反应后转化效率也没有退化，依然能够维持在12%。

该研究团队研发的太阳能电池还有另外一个亮点，那就是催化剂的二次使用。该团队的一个博士生Anahita Azarpira解释道：“制作样本时，首先在半导体硅上生成碳氢原子链，然后沉积催化剂二氧化钌的纳米颗粒，从而形成一个3-4nm厚的稳定的导电聚合物层。”

二氧化钌纳米颗粒在反应过程中发挥了两次作用。第一次是为有效的有机物的发展提供了保护层，使原本复杂的化学反应简单化；第二就是发挥了作为催化剂的本质作用，加速了水分子的分解。

该研究成果已经发表在Advanced Energy Materials.

本文参考网址：Solar fuels: A refined protective layer for the 'artificial leaf'

感谢材料人编辑部陈晓提供素材