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美国能源部国家可再生能源实验室 (NREL) 的科学家们根据本月发表在《自然能源》杂志上的一篇论文，开发出了一种使用可再生能源制造氢的“更好方法”。
氢气具有许多潜在的应用，并且已经用于升级原油以用于燃料生产以及合成氨（这在食品生产中至关重要）。如今，这种氢气通常是使用依赖于天然气的蒸汽重整工艺生产的。但是，科学家们一直在研究用可再生能源替代这种化石燃料的方法。
其中一种方法包括使用光电化学 (PEC) 器件，该器件可以吸收阳光并直接利用它来分解水分子。从广义上讲，这些设备可以将阳光中的能量转化为氢气和氧气，而无需天然气，并且效率可能高于电解。
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这些 PEC 器件具有很大的前景，但科学家们一直在努力设计出足够耐用以实现商业化的设计。然而，根据新的论文，研究人员在提高 PEC 器件的耐用性方面取得了重大进展，使其离商业化更近了一步。
他们的新方法基于 18 年前由 NREL 研究员约翰·特纳提出的研究，他自 1979 年以来一直在该实验室工作。在他早期的工作中，特纳设计了一种串联太阳能电池，该电池由几层磷化镓铟 (GaInP2) 和砷化镓 (GaAs) 半导体组成。这些层吸收阳光并产生足够的电力将水分子分解为氢气和氧气。
特纳的设备保持着最高的太阳能到氢能转换效率的记录，直到 2015 年。但是，尽管效率很高，但该设备由于退化迅速而难以实现商业化。
在他们的新设计中，研究人员通过插入一层保护层（由二氧化钛 (TiO2) 和二硫化钼 (MoSx) 组成）改进了特纳的设计，以保护 GaInP2 层免受它们所暴露的酸性溶液的负面影响。反过来，他们已经能够提高这种 PEC 器件的寿命。
这项研究工作由 Jing Gu 领导，她是一位博士后研究员，在成为圣地亚哥州立大学助理教授之前曾与 John Turner 共事。其他共同作者都来自 NREL，除了特纳之外，还包括 Jing Gu、Jeffery A. Aguiar、Suzanne Ferrere、Xerxes Steirer、Yong Yan、Chuanxiao Xiao、James L. Young、Mowafak Al-Jassim 和 Nathan R. Neale。
参考文献：Gu, J.、Aguiar, J. A.、Ferrere, S.、Steirer, K. X.、Yan, Y.、Xiao, C.、Young, J. L.、Al-Jassim, M.、Neale, N. R. 和 Turner, J. A. (2017) '用于高效稳定水分解光阴极的梯度催化保护层'，Nature Energy。自然出版集团，2，p. 16192。可在此处获得：http://dx.doi.org/10.1038/nenergy.2016.192。