利用超晶体收集更多太阳能

• 该材料在利用阳光生产氢气方面创造了世界纪录

• 氢气（H2）是能源转型的重要基石

当埃米利亚诺·科尔特斯（Emiliano Cortés）去“捕猎”阳光时，他既不使用巨大的镜子，也不使用太阳能发电场。相反，这位慕尼黑大学实验物理学和能量转换学教授投身于纳米世界。“当阳光的高能粒子遇到原子结构时，我们的研究就开始了，”科尔特斯说。“我们正在研究材料解决方案，以更高效地使用太阳能。”他的发现潜力巨大，因为它们能够开发出新型太阳能电池和光催化剂。但科尔特斯知道，这里有一个主要的挑战：“到达地球的阳光是‘稀释’的，因此单位面积的能量相对较低。”太阳能电池板通过覆盖大面积来弥补这一点。然而，科尔特斯可以说是从另一个方向来解决问题的：他与慕尼黑大学纳米研究所的团队合作（该研究所由卓越转化集群、太阳能技术走向混合（巴伐利亚州科学和艺术部的一项倡议）和欧洲研究委员会资助），正在开发用于集中太阳能的等离子体纳米结构。在《自然·催化》杂志上发表的一篇论文中，科尔特斯与柏林自由大学和汉堡大学的马蒂亚斯·埃兰博士（Dr. Matías Herran）及合作伙伴共同介绍了一种二维超晶格，该超晶格在阳光的帮助下从甲酸中生成氢气。“这种材料非常出色，事实上，它在利用阳光生产氢气方面创造了世界纪录，”科尔特斯指出。

纳米热点释放催化作用

对于他们的超晶格，科尔特斯和埃兰使用了纳米尺度的两种金属。“我们首先从等离子体金属（在我们的案例中是金）中创建出10-200纳米范围内的颗粒，”埃兰解释说。“在这个尺度上，可见光与金中的电子相互作用非常强烈，导致它们发生共振振荡。”这使得纳米颗粒能够捕获更多的阳光并将其转化为高能电子。“在这些热点中产生了高度局部化和强烈的电场，”埃兰说。这些热点形成在金颗粒之间，这给了科尔特斯和埃兰一个想法：将铂纳米颗粒放置在金颗粒之间的空隙中。“在热点中，我们可以使其将甲酸转化为氢气，”埃兰解释说。目前，这种光催化材料以每克催化剂每小时产生139毫摩尔氢气的速率，在利用阳光生产氢气方面创造了世界纪录。

推动更绿色的氢气生产

目前，氢气主要通过化石燃料生产，主要来自天然气。“通过将等离子体金属和催化金属结合起来，我们正在推进用于工业应用（如将二氧化碳转化为可用物质）的强效光催化剂的开发，”科尔特斯和埃兰解释说。这两位研究人员已经为他们的材料开发申请了专利。

出版物

用于氢气生成的等离子体双金属二维超晶格。马蒂亚斯·埃兰、萨布丽娜·尤尔根森、莫里茨·凯森斯、多米尼克·霍宁、安德莉亚·科彭、阿娜·苏萨-卡斯蒂略、沃尔夫冈·J·帕拉克、霍尔格·兰格、斯蒂芬妮·赖希、弗洛里安·舒尔茨、埃米利亚诺·科尔特斯。《自然·催化》，2023年。