《PNAS》：人造叶片电池实现光合作用

一组发表于《PNAS》的最新研究发现一种人造光合电池能高效地把水分解成它的组成元素，并且电池内的电子运输迅速。

太阳能分解水利用来自太阳的光子把水分解成氧和氢，这模仿了植物光合作用的天然过程。Thomas J. Meyer及其同事开发了一种基于染料敏化光电合成电池的人造叶片。光被一个发色团-催化剂组件吸收，后者驱动着水的氧化。这个组件附着在一个核心-外壳结构上，这个结构由导电的锡或者氧化铟核心外的薄氧化钛层组成。光让这个组件激发，把电子通过这个核心-外壳结构转移给一个电极，在电极上产生了氢，同时激活了这种催化剂使之分解水。这种核心-外壳结构帮助电子在数纳秒时间里到达了这种电池的导电核心，防止了电子回到这种发色团-催化剂组件。

研究人员提出，限制这种电子的反向输送是增强这种电池效率的关键。目前，这种电池只能吸收太阳光谱的一部分，对于每个吸收的光子，效率大约是4%。在一个相关研究中，Meyer及其同事证明了增加表面催化剂在碱性溶液中的稳定性。这种分解水的反应在碱溶液中的速度比酸溶液中的速度至多快100万倍，但是通常使用的这种催化剂在碱性pH值的氧化物表面上不稳定。

为了解决这个问题，研究人员在这种与表面结合的催化剂上沉积了一个保护性的氧化钛涂层，每次沉积一个原子层。研究人员说，这种催化剂保持了它们的反应属性并且在至多pH为11的条件下维持了稳定性，这也就把水分解率增加了106倍。

原文阅读：

Leila Alibabaei, M. Kyle Brennaman, Michael R. Norris, Berç Kalanyan, Wenjing Song,Mark D. Losego, Javier J. Concepcion, Robert A. Binstead, Gregory N. Parsons, and Thomas J. Meyer. Solar water splitting in a molecular photoelectrochemical cell. PNAS, November 25, 2013; doi:10.1073/pnas.1319628110

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