Jan Kosco，Iain McCulloch和Calvyn Howells討論了其析氫光催化劑的潛力。圖片：阿卜杜拉國王科技大學（KAUST）
顯著增強氫氣產生的有機半導體光催化劑可開發更有效的能量存儲技術。
化石燃料的燃燒正在導致危險的氣候變化，從而推動了對更清潔可再生能源的尋找。迄今為止，太陽能是最豐富的可再生能源，但要釋放其潛力，需要一種方法來存儲它以備後用。
儲存太陽能的標準方法是使用析氫光催化劑（hydrogen evolution photocatalysts，HEP）將能量儲存在分子氫的化學鍵中。當前，大多數HEP由單組分無機半導體制成。這些只能吸收紫外線波長的光，這限制了它們產生氫的能力。
由KAUST太陽能中心的伊恩·麥卡洛克（Iain McCulloch）領導的團隊與來自美國和英國的研究人員合作，現已開發出由兩種不同的半導體材料製成的HEP。他們將這些材料摻入有機納米粒子中，可以對其進行調整以吸收更多的可見光譜。
該研究的第一作者揚·科斯科（Jan Kosco）說：“傳統上，無機半導體已用於光催化領域。但是，這些材料主要吸收紫外光，其可利用的太陽光不到太陽光譜的百分之五。因此，它們的效率受到限制。”
該團隊首先使用了一種稱為微乳液（miniemulsion）的方法，其中有機半導體的溶液藉助穩定的表面活性劑在水中乳化。接下來，他們加熱乳液以驅除溶劑，剩下表面活性劑穩定的有機半導體納米顆粒。
通過改變表面活性劑，它們能夠控制納米顆粒的結構，將它們從核-殼結構轉變為混合的供體/受體結構。共混結構使它們能夠在供體聚合物和非富勒烯受體之間引入異質結。
科斯科解釋說：“兩種結構以相同的速率吸收光，但是在核-殼結構中，只有光生空穴到達表面；然而，在混合結構中，空穴和電子都到達納米粒子的表面，從而增強氫氣的產生。
揚·科斯科（前）和卡爾文·豪威爾斯（Calvyn Howells）討論了該團隊納米粒子混合物的結果。圖片：KAUST
HEP表現出的氫釋放速率比單組分無機HEP所能達到的氫釋放速率高一個數量級。這為下一代儲能技術奠定了基礎。
麥卡洛克說：“我們目前正在研究由半導體的不同混合物形成的納米粒子的性能，以更好地瞭解其結構-活性關係。我們正在尋求為其他光催化反應設計納米粒子光催化劑，例如生成氧氣或二氧化碳還原。”
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