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美国莱斯大学的工程师们将下一代卤化物钙钛矿半导体与电催化剂集成在一个单一、耐用、经济、可扩展的设备中，创造出一种能将阳光转化为氢气的装置，其效率达到了破纪录的水平。

据悉，这种装置本质上是一种光电化学电池，其采用了新一代卤化物钙钛矿半导体和电催化剂，可以利用太阳能来驱动各种化学反应，将原料转化为燃料。该技术是清洁能源向前迈出的重要一步，可以作为一个广泛的化学反应平台，利用太阳能收集的电力将原料转化为燃料。

根据研究人员的说法，该装置的设计关键在于一个“防腐层”，可以有效地将半导体与水隔离，同时不影响电子的传递。据称，该装置拥有惊人的20.8%的太阳能转氢能效率，最新研究成果已于近期发表在了《自然通讯》杂志上。

“利用阳光作为能源来制造化学品是清洁能源经济的最大障碍之一，”化学和生物分子工程博士生、该研究的主要作者之一Austin Fehr说：“我们的目标是建立经济上可行的平台，可以产生太阳能衍生燃料。在这里，我们设计了一个吸收光并在其表面完成电化学水分解反应的系统。”

据了解，这种装置被称为光电化学电池，因为其在同一个设备中完成了光的吸收、转化为电力和利用电力来驱动化学反应的过程。以前，使用光电化学技术来生产绿色氢气受到了低效率和半导体成本高昂的限制。

Fehr说：“所有这种类型的设备都只使用阳光和水就能产生绿色氢，但我们的设备是不同的，因为它具有破纪录的效率，而且它使用了非常便宜的半导体。”

具体而言，研究人员将太阳能电池改造成了一个反应器，可以利用收集到的能量将水分解为氧气和氢气。但他们必须克服的挑战是，卤化物钙钛矿在水中极不稳定，而且用来隔绝半导体的涂层会干扰或损坏它们。

“在过去的两年里，我们反复尝试不同的材料和技术，”莱斯大学化学工程师、该研究的合著者Michael Wong说。

不过最终，研究人员终于找到了一个成功的解决方案。

他们说，我们关键的发现是，需要两层防护层，一层用来阻挡水，另一层用来在钙钛矿层和保护层之间形成良好的电接触。我们的结果是光电化学电池中最高的效率，也是使用卤化物钙钛矿半导体的最佳效果。

“这是一个突破，因为这个领域历来被价格昂贵的半导体所主导，而且可能是这类设备第一次具备了商业可行性。”