2021年4月6
大约三年前，密歇根大学的研究人员鉴定了由硅和氮化镓（Si / GaN）组成的新的人造光合器装置。
伯克利实验室化学科学部的博士后学者曾国松，正在测试一种由氮化镓制成的人工光合作用装置。欧洲杯线上买球曾轶可和伯克利实验室的科学家弗朗西丝卡·托马一起发现，这种设备随着使用而改善。图像信用：Thor Swift / Lawrence Berkeley国家实验室。
该装置使用太阳灯来生产无碳氢，用于燃料电池，具有两倍以前技术的稳定性和效率。
现在，来自密歇根大学和劳伦斯利弗莫尔国家实验室(LLNL)的研究人员联合起来劳伦斯伯克利国家实验室(伯克利实验室)的能源部(DOE)揭示了硅/氮化镓材料中一个意想不到的、自我增强的特性，这有助于其在将水和光转化为无碳氢方面的高度稳定和高效性能。
研究人员的发现发表在自然材料欧洲杯足球竞彩可以从根本上加速氢燃料电池和人工光合作用技术的商业化。
”我们的发现是真正的游戏规则改变者，“弗朗西斯·托马·托马·托马·托马·托马·汤姆，在Doe的劳伦斯伯克利国家实验室（Berkeley Lab）的化学科学师师。欧洲杯线上买球
欧洲杯足球竞彩太阳能燃料系统中的材料通常会降低，结果不太稳定，从而以效率较低的方式产生氢。
”但我们在硅氮化镓中发现了一种不同寻常的特性，这种特性使硅氮化镓变得更加高效和稳定。我从未见过如此稳定的局面”,生田斗真补充道。
早期的人工光合作用材料要么是缺乏光吸收效率的持久材料，要么是缺乏耐久欧洲杯足球竞彩性的特殊光吸收材料。
另一方面,氮化镓和硅是廉价而丰富的材料作为半导体广泛运用在日常电子产品,如太阳能电池和发光二极管(led),表示Zetian Mi,教授是这欧洲杯足球竞彩项研究的合作者之一,从密歇根大学电气和计算机工程。
10年前，米教授设计了硅氮化镓人工光合作用装置。
当米教授开发的硅/氮化镓设备达到了破纪录的3%的太阳能转化氢效率时，他推测这些标准材料如何能在一个独特的人工光合作用设备中表现得异常出色。欧洲杯足球竞彩这使他向托马寻求帮助。
氢:采用团队科学方法开发太阳能燃料欧洲杯线上买球
米教授了解到托马在通过氢探测纳米级(即十亿分之一米)人工光合作用材料特性的复杂显微镜方法方面的专长。欧洲杯足球竞彩
氢是一个由美国能源部氢和燃料电池技术办公室资助、由美国国家可再生能源实验室领导的五个国家实验室联盟，旨在促进产业界、学术界和国家实验室之间的合作，以开发下一代水分解材料。欧洲杯足球竞彩
这些支持工业和学术界在先进的水分裂材料与国家实验室的能力的相互作用，正是氢的形成的原因，因此我们可以推动清洁的氢生产技术欧洲杯足球竞彩．
亚当·韦伯，氢气部的副主任
韦伯也是伯克利实验室的氢和燃料电池技术实验室项目经理。
该研究的第一作者Toma和曾国松(音译)是伯克利实验室化学科学部的博士后学者，他们认为氮化镓在该装置的稳定性和产氢效率方面的独特潜力中发挥着关键作用。欧洲杯线上买球
To find this out, Zeng performed a photoconductive atomic force microscopy experiment at Toma’s laboratory to determine how GaN photocathodes can efficiently transform the absorbed photons into electrons, and can subsequently recruit those free electrons to convert water into hydrogen, before the material begins to decompose and turns out to be less efficient and stable.
研究人员预计，仅仅几个小时后，这种材料的光子吸收稳定性和效率就会急剧下降。
令他们惊讶的是，他们注意到这种材料的光电流有2 - 3个数量级的增强。Zeng补充说，这种光电流是从GaN颗粒“侧壁”的小平面中产生的。
Zeng补充说，更令人困惑的是，虽然材料的整体表面没有太大变化，但材料的效率却随着时间而增加。
”换句话说，材料非但没有变坏，反而变好了曾进一步补充道。
该团队通过使用角度相关的x射线光子光谱学(XPS)和扫描透射电子显微镜(STEM)收集了更多的线索，扫描透射电子显微镜安装在伯克利实验室分子铸造的国家电子显微镜中心。
这些实验表明，沿着一些侧壁形成了一层1纳米层，该层与氧、镓和氮结合，或氧化氮化镓结合。
发生了化学反应，并补充道:产氢反应的活性催化位点，“知情汤姆。
该研究的合著者、LLNL的Tadashi Ogitsu和Tuan Anh Pham进行了密度泛函理论(DFT)模拟，验证了他们的观察结果。
通过计算材料表面特定部位的化学物质分布的变化，我们成功地发现了与氮氧化镓作为氢化反应部位的发展相关的表面结构．
佐藤Ogitsu，研究合著者，劳伦斯利弗莫尔国家实验室
Ogitsu继续，“我们希望我们的发现和方法——一个由氢气联盟支持的紧密结合的理论-实验合作——将被用于进一步改进可再生制氢技术．”
我们研究这种材料已经超过10年了——我们知道它稳定高效。但这种合作有助于确定其背后的基本机制，即为什么它变得更加强大和高效，而不是退化。这项工作的发现将帮助我们以更低的成本建造更高效的人工光合作用装置．
米泽天，研究合著者，美国密歇根大学电气与计算机工程教授
展望未来，Toma和她的研究团队更倾向于在一个分水光电化学电解槽中测试硅/氮化镓光电阴极。
他们补充说，曾轶可将测试类似的材料，以更深入地了解氮在人工光合作用装置的稳定性中发欧洲杯足球竞彩挥的作用，这是他们从未认为可行的。
”这完全出乎我的意料。这并没有什么意义，但是Pham的DFT计算为我们提供了验证观测结果所需要的解释。我们的发现将帮助我们设计出更好的人工光合作用装置”曾补充道。
”这是国家实验室和研究型大学之间前所未有的合作网络。氢气联盟把我们聚集在一起——我们的工作展示了国家实验室的团队科学方法如何帮助解决影响整个世界的大问题欧洲杯线上买球”,托马的结论。
这项研究的共同作者包括来自伯克利实验室的刘桂吉、杰森·库珀和宋成玉，以及密歇根大学的斯里尼瓦斯·万卡。分子铸造厂是美国能源部伯克利实验室科学办公室的用户设施。欧洲杯线上买球
这项研究是由氢高级水分解材料联盟资助的，该联盟是能源部能源效率和可再生能源办公室能源材料网络的一部分。欧洲杯足球竞彩
期刊引用:
曾，G.，等．(2021)光电自改善Si/GaN光电阴极的开发2生产。自然材料。欧洲杯足球竞彩doi.org/10.1038/s41563-021-00965 -00.．
来源：https://newscenter.lbl.gov/