使用太陽(yáng)能電池從太陽(yáng)中收集能量的環(huán)保電化學(xué)催化劑

東京工業(yè)大學(xué)(Tokyo Tech)和金澤大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種環(huán)保型設(shè)備，該設(shè)備利用太陽(yáng)能高效催化電化學(xué)氧化反應(yīng)。

由于當(dāng)前的環(huán)境危機(jī)以及避免非可再生能源(化石燃料)的必要性，綠色能源成為全球研究的熱點(diǎn)。數(shù)十年來(lái)，研究人員一直在尋找利用和收集太陽(yáng)能的方法，并且將光能轉(zhuǎn)換為電能的光伏設(shè)備的需求量很大。

自1970年代以來(lái)，在石油價(jià)格引起的經(jīng)濟(jì)沖擊之后，對(duì)這些設(shè)備的研究取得了進(jìn)展。盡管硅基太陽(yáng)能電池取得了大多數(shù)進(jìn)步，但科學(xué)家已經(jīng)證明有機(jī)光伏器件也可以達(dá)到可接受的性能。使用有機(jī)材料是有利的，因?yàn)榕c硅工藝不同，它們可以作為環(huán)保工藝印刷和涂漆。有機(jī)材料也多種多樣，可以針對(duì)每種特定應(yīng)用量身定制。

有機(jī)光伏太陽(yáng)能電池由夾在兩個(gè)不同電極(透明的前電極和后電極)之間的“活性層”組成。主動(dòng)層是魔術(shù)的起點(diǎn)。入射光的光子通過碰撞將能量轉(zhuǎn)移到材料的電子上，使它們激發(fā)并使其運(yùn)動(dòng)，從而留下帶正電的偽粒子，稱為“空穴”。這些在技術(shù)上不存在，但是可以用來(lái)大致描述材料的電性能。電極的重要性在于，每個(gè)電極必須收集一種類型的這些帶電粒子(一個(gè)收集空穴，另一個(gè)電子)以防止它們?cè)诨钚詫又袕?fù)合。電子流過連接到兩個(gè)電極的外部電路，從光中產(chǎn)生電。

常規(guī)的有機(jī)光伏電池被去除后電極并被處理成光電化學(xué)裝置，該裝置收集大量的電子和空穴。信用：金澤大學(xué)

然而，挑戰(zhàn)在于在電極處收集大量電子和空穴并且高效地將光轉(zhuǎn)換成電。一些研究人員已經(jīng)提出在活性層附近的化學(xué)反應(yīng)中直接使用產(chǎn)生的空穴或電子。因此，由東京工業(yè)大學(xué)的Nai的Keiji Nagai博士和金澤大學(xué)的一個(gè)研究小組提出了一種有機(jī)光電化學(xué)裝置的簡(jiǎn)單制造程序，該裝置可以收集太陽(yáng)能來(lái)促進(jìn)化學(xué)氧化反應(yīng)。

他們的方法始于傳統(tǒng)的有機(jī)光伏器件，該器件易于制造且特性眾所周知，并從機(jī)械上去除了收集空穴的背面電極。如圖1所示，暴露的活性層涂有ZnPc并浸沒在硫醇中。入射光產(chǎn)生的空穴直接用于硫醇氧化，被ZnPc層催化(促進(jìn))。被激發(fā)的電子通過剩余的前電極流出，產(chǎn)生電流。

制造方法的簡(jiǎn)單性和優(yōu)點(diǎn)以及在收集光能時(shí)測(cè)得的效率非常有前途。“去除后電極 Nagai博士解釋說，這是一種構(gòu)建良好表征的光電化學(xué)電池的有前途且可重復(fù)的技術(shù)。研究人員還研究了涂有ZnPc的活性層的形貌和電化學(xué)性質(zhì)，以闡明其催化活性的原理。我們的分析清楚地觀察到了ZnPc涂層，其中包括有效地積聚了光生空穴。”金澤大學(xué)的高橋博士說。諸如所提出的環(huán)保設(shè)備提供了更多的方式來(lái)從太陽(yáng)中收集能量并使我們更接近更綠色的未來(lái)。

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