我国研发液态金属镶嵌的人工光合成膜 基于液态金属构建“人工树叶”

我国研发液态金属镶嵌的人工光合成膜 基于液态金属构建“人工树叶”近日,中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心刘岗研究人员团队与国内外多个研究团队合作,开发了将半导体颗粒嵌入液体金属中实现大规模成膜的新技术,并构建了一种具有类似叶片功能的新型“人工叶片”,可以实现太阳能向化学能的转化。国际权威杂志《自然通信》发表了“液体金属镶嵌的人工光合成膜”问题。

绿氢技术是太阳能光催化分解水制备的前沿和颠覆性低碳技术,其应用的关键是构建高效、稳定、低成本的太阳能驱动半导体光催化材料膜(即人工光合成膜,又称“人工叶”)。目前,由于制备环境苛刻或成膜质量差,常用的薄膜制备技术无法满足太阳能光催化分解水制氢的实际应用需求。我国研发液态金属镶嵌的人工光合成膜 基于液态金属构建“人工树叶”

植物叶片中光合作用的光系统II和II以嵌入的形式存在于叶绿体的类囊膜中,这是自然光合作用能够有效运行的重要结构基础。受此启发,研究人员利用熔化的低温液态金属作为导电集流体和粘合剂,在选定的基材上大规模化成膜,结合辊压技术嵌入半导体颗粒,完成半导体颗粒的大规模植入。半导体颗粒嵌入液体金属导电集流体薄膜中,形成一个三维强接触界面,其结构就像“河卵石路面”,可以兼顾优异的结构稳定性和极其突出的电荷生成。

此外,该技术还具有普遍性好、原材料易回收等优点。大曲率弯曲10万次后,软基材上的集成膜仍能保持95%以上的初始活性。半导体颗粒、低温液态金属和基材可以通过简单的热水超声处理分离回收。

由中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心的刘岗研究团队与国内外多个研究团队合作开发的液体金属镶嵌人工光合成膜是一种新型的光催化材料。我国研发液态金属镶嵌的人工光合成膜 基于液态金属构建“人工树叶”

这种人工光生成膜的结构类似于植物叶片中的光系统II和II,以嵌入的形式存在于叶绿体的类囊体膜中。具体来说,研究小组利用熔化的低温液态金属作为导电集流体和粘合剂,在选定的基材上进行大规模成膜,并结合辊压技术嵌入半导体颗粒,完成了半导体颗粒的大规模植入。半导体颗粒嵌入液体金属导电集流体膜中,形成一个三维的强接触界面,其结构就像“河卵石路面”,兼顾了优异的结构稳定性和突出的光生电荷收集能力。同时,材料可以及氢生成。

在能见光的照射下,这种人工光合成膜的光催化分解水制氢活性是普通膜的2.9倍,持续工作时间超过数百小时无衰减。此外,该技术还具有普遍性好、原材料易回收等优点。半导体颗粒、低温液态金属和基材可以通过简单的热水超声处理分离回收。

这种液态金属镶嵌的人工光合成膜的研发成功,不仅提高了太阳能光催化分解水制氢的效率,也为未来的太阳能利用和绿色能源生产提供了新的可能。

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