태양 전지는 직접 수소를 위한 물을 나눈다

식물 나무와 조류는 그것을 한다. 약간 박테리아 및 이끼 조차 그것을 한다, 그러나 과학자는 유용한 연료로 햇빛을 도는 어려운 시간 발전 방법이 있었다. 지금, Penn 국가 연구원은 물을 나누고 회복시킬 수 있는 수소를 생성할 수 있는 증거 의 개념 장치가 있다.

"이것은 아주 효과 없는 증거 의 개념 체계이다. "이것이 깨달을 수 있던 경우에, 물 광분해는 제공할 것입니다 물과 햇빛에서 수소 연료의 청결한 근원을."

태양 전지가 지금 10% 이상의 효율성에 가시 광선에서 전기를 일으킬 수 있더라도, 태양 수소 세포는 이용된 반도체의 빈약한 스펙트럼 반응에 의해 - Penn 국가에 Craig Grimes가, 전자 공학 교수 개발하는 그들 같이 - 제한되었다. 원칙상, 분자 가벼운 흡수기는 자연적인 광합성의 모방 인 과정에 있는 눈에 보이는 스펙트럼의 더 많은 것을 사용할 수 있다. 광합성은 염록소와 다른 염료 가시 광선을 흡수하기 위하여 분자를 이용한다.

지금까지, 자연 및 합성 염료 분자를 가진 실험에 의하여 과정에서 소모된 화학제품산소 을 사용하여 수소가 또는 생성하고, 그러나 아직 진행하는, 연속 처리를 창조하지 않았다. 그 과정은 또한 일반적으로 전기를 가진 나누는 물 보다는 더 많은 것을 요할 것입니다. 어려움을 위한 1가지의 이유는 한 번 생성해, 수소와 산소가 쉽게 재결합시킨다 이다. 산소와 수소 반 반응을 공부하기 위하여 이용된 촉매는 또한 재결합 반응을 위한 좋은 촉매이다.

Mallouk와 W. Justin Youngblood, 애리조나 주립 대학에 합작자와 함께 화학에 있는 박사과정 이수 동료는, 광합성 도중 식물에서 일어나는 전자 이동과 물 산화 과정을 흉내낼 수 있는 염료와 결합된 촉매 체계를 개발했다. 그들은 보스톤에서 과학의 전진을 위한 미국 협회의 연례 회의에서 그들의 실험의 결과를 (2월 17일) 오늘 보고했다.

그들의 과정에 열쇠는 orange-red 염료 분자에 의해 포위된 리듐 산화물 분자의 중심 촉매를 가진 분자의 작은 복합물이다. 이 송이는 촉매와 염료 분대를 가진 직경에 있는 대략 대략 2개 나노미터 같은 크기이다. 연구원은 최대 에너지가 있는 파란 범위에는에 있는 햇빛을 흡수하기 때문에 orange-red 염료를 선택했다. 이용된 염료는 또한 이전 인공적인 광합성 실험에서 완전히 공부되었다.

반응을 위한 촉매에 표면을 남겨두는 중심 중핵의 주위에 염료 분자가 그들에 의하여 간격을 둔다. 가시 광선이 염료를 칠 때, 촉매 덕분에, 에너지에 의하여 물 분자를 나눌 수 있는 자유로운 산소를 창조하는 염료에 있는 전자, 흥분한다.

"각 지상 리듐 원자 물 산화 반응을 통해 초당 순환할 수 있다 대략 50 시간,"는 Mallouk를 말한다. "녹색 식물 광합성에서 광반응계 II의 회전 속도에 빨리 다음 제일 합성 촉매 보다는 대략 3닢의 크기 순서, 및 대등한." 광반응계 II는 물을 산화하고 광합성 과정을 시작하는 식물에 있는 단백질 복합물이다.

연구원은 양극을 위한 촉매 복합물로 이산화티탄 전극을 임신시키고 백금 음극선을 사용했다. 그들은 소금물에 있는 수소와 산소 재결합시키기의 문제를 피하기 위하여 전극을, 그러나 그(것)들이라고 서로에서 분리해 가라앉혔다. 가벼운 필요 일할 것이다 체계를 위한 염색하 민감하게 한 이산화티탄 양극에서만 빛. 세포의 이 유형은 전기를 일으키는 그들과 유사하다, 그러나 촉매의 추가는 반응이 그것의 구성요소 가스로 물을 나누는 것을 허용한다.

물 나누는 것은 1.23 볼트를 요구하고, 현재 실험적인 윤곽은 확실히 수평 이렇게 연구원이 외부 자료에서 대략 0.3 볼트를 추가한다 달성할 수 없다. 그들의 현재 체계는 대략 0.3%의 효율성을 달성한다.

"성격 광합성으로 능률 단지 1% 3% 이다,"는 Mallouk를 말한다. "왜 당신의 집 및 당신의 차를 강화하기 위하여 당신이 당신의 잔디밭에서 오려내기를 기대할 수 없는지 인. 우리는 농업이 우리가 태양 전지에서." 필요로 하는 에너지를 얻도록 이용되는 모든 땅을 사용할 필요없고 싶으면

연구원은 과정을 개량하는 다양한 접근이 있다. 그들은 염료의 효율성을 개량하고, 촉매를 개량하고 체계의 일반적인 기하학 조정하기 조사하는 것을 계획한다. 둥근 염료 촉매 복합물 보다는 오히려, 태양 및 반응물에 유효한 반작용 지역의 더 많은 것을 지키는 다른 기하학은 더 나을 것이 지도 모르다. 전반적인 기하학에 개선은 또한 도울지도 모른다.

"과정에 있는 각 분지에, 선택이 있다," Mallouk를 말한다. "질문 적당한 경로에서 체재하고기 위하여, 그들의 에너지를 풀어 놓지 않으며기 위하여 무엇이든을 하기 없이 기저 상태에 내려가지 않기 위하여 이다 전자를 얻는 방법 예를 들면 일."는

분자 사이 거리는 전자 이동의 비율을 통제하고 갈 필요가 있는 전자를 얻기에 중요하다. 몇몇을의 거리 단축하고 다른 사람을 더 긴 만들어서, 전자의 더 많은 것은 적당한 경로를 따라가고 나누는 물을 작동하기 위하여 그들의 에너지를 그리고 생성 수소 둘 것입니다.

미국 에너지성은 이 연구를 지원했다.