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美國研究人員最近成功製作出可使用於光電化學電池(photoelectrochemical cell, PEC)中的耐腐蝕光陽極。PEC在照光時會產生水分解(water splitting)反應，並產生氫氣。該新電極以矽半導體為基材，並鍍有超薄鎳(Ni)層，可望有助於未來研發大規模產氫裝置。
太陽能分解水(solar water splitting)利用陽光將水分解成氧氣與氫氣，是一種乾淨的再生能源製造方式。一般太陽電池中廣泛使用的矽材料在此處並不適用，原因是PEC使用的電解質溶液會腐蝕矽，因此研究人員亦一直在尋找高效能的光電極材料。兩年前，史丹佛(Standford)大學的Hongjie Dai領導的研究團隊採用二氧化鈦與銥超薄塗層來保護矽電極，此法使得矽電極能持續8小時的水分解反應而不至於腐蝕，不過實際可用的PEC電極需要穩定性更長且成本更低的塗佈材料。
最近，同一史丹佛團隊利用價格更具競爭力的鎳材料做為矽電極的塗層。鎳金屬具有抗腐蝕、便宜及穩定的優點，其抗腐蝕可超過24小時，而當鎳被製成2 nm的薄膜塗佈於n型矽電極上時，還可作為水分解反應中產生氧氣的催化劑。矽電極接觸空氣時會產生氧化矽層，而鎳膜表面也會氧化形成氧化鎳，最後形成的氧化鎳/鎳/氧化矽/矽(NiOx/Ni/SiO/Si)結構在受光時能產生500 mV的電壓，效能可與先前此類裝置相提並論。
為求進一步提升效能，研究人員把鋰(Li)金屬混合入PEC所使用的電解液中，發現電極變得更加穩定，能持續工作超過80小時而不會腐蝕。Dai表示此結果相當有趣，因為鋰金屬很早就被用來製作較佳的鎳電池，而他們現在發現鋰亦有助於製作更好的光電化學電池。該團隊目前正積極優化此鍍鎳矽電極的穩定性，同時試驗以矽以外的材料製作的電極。詳見Science｜DOI: 10.1126/science.1241327。 |