太陽能製氫有著40年的發展曆史，被看作最有前景的製氫方法之一，其中，將太陽能發電和電解水組合製氫組合成係統的技術，是主流發展方向。然而，盡管所需的水是一種豐(feng) 富的資源，但以前探索的方法使用複雜的路線，需要破壞環境的溶劑和大量能源才能大規模生產(chan) 。高昂的成本和對環境的危害使得這些方法無法作為(wei) 長期解決(jue) 方案。

近日，美國大學Lehigh的研究小組首次利用單一酶生物礦化過程來製造催化劑，該催化劑利用捕獲的陽光能量分解水分子來生產(chan) 氫氣。合成過程在室溫和環境壓力下進行，克服了以前采用方法的不可持續性和不可規模化挑戰。

Lehigh的工程師團隊已經利用生物礦化的方法來合成量子受限的納米粒子金屬硫化物顆粒和支持性的還原氧化石墨烯材料，以產(chan) 生一種光催化劑，它能分解水形成氫。該小組在一篇名為(wei) “酶促合成負載cds量子點/還原氧化石墨烯光催化劑”的文章中報告了他們(men) 的研究結果，這篇文章曾刊登在皇家化學學會(hui) 期刊《綠色化學》的封麵上。

在過去的幾年裏，mcintosh的團隊開發了一種單一的酶方法用於(yu) 生物礦化——生物有機體(ti) 生產(chan) 礦物的過程——大小可控的量子限製金屬硫化物納米晶體(ti) 。在之前與(yu) Kiely的合作中，該實驗室成功展示了第一種精確控製的生物方法製造量子點。他們(men) 的一步法從(cong) 簡單水溶液中的工程細菌細胞開始，到功能半導體(ti) 納米粒子結束，所有這些都不需要借助高溫和有毒化學物質。

主要作者、普林斯頓大學博士後研究員斯Spangler表示 : “其他小組已經在納米材料的化學合成中進行了生物礦化實驗，我們(men) 麵臨(lin) 的挑戰是如何控製材料的性質，如顆粒大小和結晶度，以便最終的材料能夠用於(yu) 能源應用。”

mcintosh描述了Spangler 如何能夠調整該小組既定的生物礦化過程，不僅(jin) 合成硫化鎘納米粒子，還將氧化石墨烯還原成導電性更強的還原氧化石墨烯形式。“將這兩(liang) 種成分結合在一起，形成一種更有效的光催化劑，由負載在還原氧化石墨烯上的納米粒子組成，因此，光催化劑的兩(liang) 個(ge) 關(guan) 鍵成分得以都能用綠色方式合成。"

該團隊的工作展示了生物礦化在實現能源部門使用的功能材料良性合成方麵的效用。“工業(ye) 上可能會(hui) 考慮大規模實施這種新的合成路線，”凱利補充道。“其他科學家也可以利用這項工作中的概念來創造其他具有關(guan) 鍵技術重要性的材料。”

太陽能製氫，實現了清潔能源生產(chan) 清潔能源，並可以有效地消納光伏發電，可以實現兩(liang) 種重要新能源之間的有效結合應用。隨著光伏發電和電解水製氫技術的不斷發展，成本的逐漸降低，太陽能製氫將能逐漸滿足商業(ye) 化的要求，成為(wei) 我國能源安全和能源結構調整的又一生力軍(jun) 。