化石燃料的燃燒正在導(dǎo)致危險(xiǎn)的氣候變化，從而推動(dòng)了對(duì)更清潔可再生能源的尋找。迄今為止，太陽(yáng)能是最豐富的可再生能源，但要釋放其潛力，需要一種方法來(lái)存儲(chǔ)它以備后用。

儲(chǔ)存太陽(yáng)能的標(biāo)準(zhǔn)方法是使用析氫光催化劑（hydrogen evolution photocatalysts，HEP）將能量?jī)?chǔ)存在分子氫的化學(xué)鍵中。當(dāng)前，大多數(shù)HEP由單組分無(wú)機(jī)半導(dǎo)體產(chǎn)生。這些只能吸收紫外線波長(zhǎng)的光，這限制了它們產(chǎn)生氫的能力。

由KAUST太陽(yáng)能中心的伊恩·麥卡洛克（Iain McCulloch）領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)與來(lái)自美國(guó)和英國(guó)的研究人員合作，現(xiàn)已開發(fā)出由兩種不同的半導(dǎo)體材料制成的HEP。他們將這些材料摻入有機(jī)納米粒子中，可以對(duì)其進(jìn)行調(diào)整以吸收更多的可見光譜。

該研究的第一作者揚(yáng)·科斯科（Jan Kosco）說(shuō)：“傳統(tǒng)上，無(wú)機(jī)半導(dǎo)體已用于光催化領(lǐng)域。但是，這些材料主要吸收紫外光，其可利用的太陽(yáng)光不到太陽(yáng)光譜的百分之五。因此，它們的效率受到限制。

該團(tuán)隊(duì)首先使用了一種稱為微乳液（miniemulsion）的方法，其中有機(jī)半導(dǎo)體的溶液借助穩(wěn)定的表面活性劑在水中乳化。接下來(lái)，他們加熱乳液以去除溶劑，剩下表面活性劑穩(wěn)定的有機(jī)半導(dǎo)體納米顆粒。

通過(guò)改變表面活性劑，它們能夠控制納米顆粒的結(jié)構(gòu)，將它們從核-殼結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榛旌系墓�體/受體結(jié)構(gòu)。共混結(jié)構(gòu)使它們能夠在供體聚合物和非富勒烯受體之間引入異質(zhì)結(jié)。

科斯科解釋說(shuō)：“兩種結(jié)構(gòu)以相同的速率吸收光，但是在核-殼結(jié)構(gòu)中，只有光生空穴到達(dá)表面；然而，在混合結(jié)構(gòu)中，空穴和電子都到達(dá)納米粒子的表面，從而增強(qiáng)氫氣的產(chǎn)生。

HEP表現(xiàn)出的氫釋放速率比單組分無(wú)機(jī)HEP所能達(dá)到的氫釋放速率高一個(gè)數(shù)量級(jí)。這為下一代儲(chǔ)能技術(shù)奠定了基礎(chǔ)。

麥卡洛克說(shuō)：“我們目前正在研究由半導(dǎo)體的不同混合物形成的納米粒子的性能，以更好地了解其結(jié)構(gòu)-活性關(guān)系。我們正在尋求為其他光催化反應(yīng)設(shè)計(jì)納米粒子光催化劑，例如生成氧氣或二氧化碳還原。”