科学家近年来不断研发新型人工光合作用设备，各界都希望能用少量、低成本材料来提升可见光吸收量与制氢效率，近期日本北海道大学在光电极（Photoelectrode）研究有所进展，该团队的金─二氧化钛奈米光电极能有效捕获 85% 可见光，进一步将光转换效率提升 11 倍。
氢燃料电池车与氢能为备受看好的下一代技术，“排放物只有纯水”俨然成为广告宣传代名词，但目前制氢技术多以化石燃料为主，氢气在制造方面尚未达到百分之百绿能，因此各方科学家纷纷绞尽脑汁想提出最佳解决方案。
光电解水制氢则是实验室重点研究技术，结合光催化剂与电化学原理，将光电极置入水溶液后，就可把光电极所吸收的能源转换成氢气，若该技术成功走出实验室，将有助于未来氢能社会的发展。
北海道大学电子科学研究所教授三泽弘明（Hiroaki Misawa）团队一直以来便致力于打造金制光电极，希望可透金奈米粒子捕获更多可见光，不过由于金奈米粒子只能吸收光谱范围较窄的光，若是只有一层金奈米粒子，没有办法吸收足够的可见光。
（Source：北海道大学）
因此为提高光吸收量，团队打造一款“三明治”光电极，将 30 奈米厚的二氧化钛薄膜夹在 100 奈米厚金制薄膜与金奈米粒子之间。当光被金奈米粒子层吸收时，二氧化钛另一面的金薄膜就可以变成镜子，光可在两面镜子间来回反射，即是所谓的“共振腔”（Cavity），光会不断穿过二氧化钛层，可最大化光吸收与制氢效益。
实验结果也指出，新型光电极效率比以往的设备还要高，可吸收超过 85% 可见光，三泽弘明指出，金奈米粒子会出现“局部电浆共振”（localized plasmon resonance）现象，可吸收特定波长的光，且二氧化钛层中的电浆会与可见光相互作用，让金奈米粒子可吸收光谱范围较宽的光。
当金奈米粒子吸收光时，额外的能量会刺激金的电子激发（electron excitation）并将电子转移到二氧化钛层中。三泽弘明表示，光转换效率可说是以往的 11 倍，可大大提升水分解制氢效率。
研究员表示，团队希望未来可用极少的材料、让光电极有效将阳光转换成再生能源，进一步加速实现永续社会。目前研究已发表在《Nature Nanotechnolog》。
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（本文由 EnergyTrend 授权转载；首图来源：pixabay）
