Nature：光解水催化剂效率接近100%，马斯克移民火星的能源和氧气这下有了(2)_经济报道网

不过，就像前文提到的，在此前的研究中，像这样的光催化剂存在催化效率不高的问题。

造成损耗的其中一个原因，是电荷重组，这会使电子和空穴在参与分解水之前就重新结合在一起。

为了抑制电荷重组，研究人员采取了两种方法：

一是提高光催化剂粒子的结晶度，从而减少晶格缺陷的数量。

二是将少量铝原子融入晶格中，减少晶格中的化学缺陷数量。

另外，研究人员发现，在钛酸锶晶体中，电子和空穴实际上会聚集在不同的晶体面上。

于是，研究人员利用这个特点，采用逐步光沉积法，将合适的催化剂专门链接到反应发生的位点，进一步抑制了电荷复合。

在这个过程中，研究人员选择性地在小平面上沉积合适的助催化剂，以促进电子收集表面上氢气的产生，和空穴收集面上氧气的产生。

△图源：Nature

为了防止有害的副反应，如氧还原反应的发生，研究人员将产氢反应中的铑助催化剂包裹在氧化铬中，从物理上阻隔了氧气与催化剂的相互作用。

经测定，在350nm、360nm、365nm紫外波段处，铝掺杂钛酸锶（SrTiO3:Al）的EQE分别达到了95.7%、95.5%和91.6%。

这是目前光解水催化剂达到的最高效率。

在370nm和380nm处，EQE值分别下降至59.7%和33.6%，这是光吸收率下降的结果，也可能因为在这些波段，IQE较低。

而这也就意味着，在350-360nm这个波段，该光催化剂的IQE已经接近100%——理论上最强的光催化剂，IQE即为100%。

虽然这个催化剂仅在紫外波段有效，但对于没有臭氧层的火星而言，或许是个不错的选择。

咦，火星？那马斯克是不是能用上了？

给马斯克支招

太阳提供的能量非常可观，我们只要把照射到地球的太阳能的0.02%利用好，就能解决提供全球的能源消耗。

火星与太阳的距离是日地距离的1.5倍，因此表面的阳光强度只有地球的一半不到，但是火星表面大气稀薄（仅地球的0.6%）而且没有臭氧层，紫外线可以无障碍照射到地面。

所以如果能充分利用好太阳能，殖民火星不是问题。

问题是火星哪里找水呢？答案就在马斯克的疯狂计划里。

马斯克说要在火星上爆一万个核弹，其实是想让火星两极的极冠里的干冰升华，把二氧化碳释放到火星大气中，利用二氧化碳的温室效应提高火星表面温度。

马斯克没说的是，火星的极冠里水冰的成分比干冰更多。

火星两极的水冰不仅可以解决移民的用水问题，现在也能解决能源和氧气问题，直接就地取材，不必从地球运输。

未来，按照马斯克的计划，把两极的二氧化碳放出后，火星表面的温度升到冰点以上，那么就可以执行第二步计划——分解水。

极冠是一处丰富的水源。另外，NASA好奇号火星探测器已经发现，火星土壤含有丰富的水分，重量百分比大约为1.5%~3%。

未来SpaceX可以把光解水催化剂运到火星上，水分解成氢氧可以作为燃料电池能源，氧气也可以单独分离出来，作为移民者的空气来源，可谓一举两得。

虽然，日本科学家发现的催化剂达到实用尚需时间，但移民火星还要几十年时间，马斯克也说要努力活得更久，好去火星生活。

这几十年里，科技会发展成啥样，又有谁能说得好呢？

参考链接：

https://www.nature.com/articles/d41586-020-01455-w

https://arstechnica.com/science/2020/05/new-material-releases-hydrogen-from-water-at-near-perfect-efficiency/?comments=1

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