太陽(yáng)能光催化分解水綠氫制備技術(shù)屬于前沿和顛覆性低碳技術(shù)，其走向應(yīng)用的關(guān)鍵是構(gòu)建高效、穩(wěn)定且低成本的太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)半導(dǎo)體光催化材料薄膜（即人工光合成膜，亦稱(chēng)為“人工樹(shù)葉”）。目前常用的薄膜制備技術(shù)因制備環(huán)境苛刻或成膜質(zhì)量差，難以滿(mǎn)足太陽(yáng)能光催化分解水制氫的實(shí)際應(yīng)用需求。

近日，中國(guó)科學(xué)院金屬研究所沈陽(yáng)材料科學(xué)國(guó)家研究中心劉崗研究團(tuán)隊(duì)與國(guó)內(nèi)外多個(gè)研究團(tuán)隊(duì)合作，發(fā)展出將半導(dǎo)體顆粒嵌入液態(tài)金屬實(shí)現(xiàn)規(guī)模化成膜的新技術(shù)，并構(gòu)建出形神兼?zhèn)涞男滦头律斯す夂铣赡ぃ渚哂蓄?lèi)似樹(shù)葉的功能，可實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能到化學(xué)能的轉(zhuǎn)化。該研究成果近日在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然通訊》發(fā)表。

研究人員利用熔融的低溫液態(tài)金屬作為導(dǎo)電集流體和黏結(jié)劑在選定基體上規(guī)模化成膜，結(jié)合輥壓技術(shù)進(jìn)行半導(dǎo)體顆粒的嵌入集成，實(shí)現(xiàn)了半導(dǎo)體顆粒的規(guī)模化植入。半導(dǎo)體顆粒鑲嵌在液態(tài)金屬導(dǎo)電集流體薄膜中形成了三維立體的強(qiáng)接觸界面，其結(jié)構(gòu)猶如“鵝卵石路面”，使得其不僅具有優(yōu)異的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性還具有十分突出的光生電荷收集能力。進(jìn)一步同時(shí)嵌入集成的產(chǎn)氧和產(chǎn)氫光催化材料，可實(shí)現(xiàn)光催化分解水制氫面板的規(guī)模化制備，在可見(jiàn)光照射下，其活性是傳統(tǒng)非嵌入式金薄膜支撐光催化材料膜的近3倍，超過(guò)上百小時(shí)持續(xù)工作無(wú)衰減。

此外，該技術(shù)還具有普適性好和原材料易回收等優(yōu)勢(shì)。利用商業(yè)化半導(dǎo)體顆粒可實(shí)現(xiàn)不同半導(dǎo)體光活性薄膜在不同基體上的規(guī)模化制備，所獲得的顆粒嵌入式薄膜的活性均顯著優(yōu)于對(duì)照的非嵌入式樣品。在柔性基體上集成的薄膜在大曲率彎折10萬(wàn)次后仍可保持95%以上的初始活性。利用簡(jiǎn)單的熱水超聲處理，即可將半導(dǎo)體顆粒、低溫液態(tài)金屬以及基體進(jìn)行分離回收再利用，且回收再集成獲得的人工光合成薄膜表現(xiàn)出與原始薄膜近乎相同的活性。

△基于低溫液態(tài)金屬鑲嵌半導(dǎo)體顆粒制備嵌入式半導(dǎo)體光活性薄膜。

（總臺(tái)央視記者 帥俊全 褚爾嘉）

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