太陽能制氫有著40年的發(fā)展歷史，被看作最有前景的制氫方法之一，其中，將太陽能發(fā)電和電解水組合制氫組合成系統(tǒng)的技術，是主流發(fā)展方向。然而，盡管所需的水是一種豐富的資源，但以前探索的方法使用復雜的路線，需要破壞環(huán)境的溶劑和大量能源才能大規(guī)模生產(chǎn)。高昂的成本和對環(huán)境的危害使得這些方法無法作為長期解決方案。
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制造催化劑，該催化劑利用捕獲的陽光能量分解水分子來生產(chǎn)氫氣。合成過程在室溫和環(huán)境壓力下進行，克服了以前采用方法的不可持續(xù)性和不可規(guī)模化挑戰(zhàn)。
Lehigh的工程師團隊已經(jīng)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(chǎn)生一種光催化劑，它能分解水形成氫。該小組在一篇名為“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的研究結果，這篇文章曾刊登在皇家化學學會期刊《綠色化學》的封面上。
在過去的幾年里，mcintosh的團隊開發(fā)了一種單一的酶方法用于生物礦化——生物有機體生產(chǎn)礦物的過程——大小可控的量子限制金屬硫化物納米晶體。在之前與 Kiely的合作中，該實驗室成功展示了第一種精確控制的生物方法制造量子點。他們的一步法從簡單水溶液中的工程細菌細胞開始，到功能半導體納米粒子結束，所有這些都不需要借助高溫和有毒化學物質(zhì)。
主要作者、普林斯頓大學博士后研究員斯Spangler表示 : “其他小組已經(jīng)在納米材料的化學合成中進行了生物礦化實驗，我們面臨的挑戰(zhàn)是如何控制材料的性質(zhì)，如顆粒大小和結晶度，以便最終的材料能夠用于能源應用。”
mcintosh描述了Spangler 如何能夠調(diào)整該小組既定的生物礦化過程，不僅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，光催化劑的兩個關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(xiàn)能源部門使用的功能材料良性合成方面的效用。“工業(yè)上可能會考慮大規(guī)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(chuàng)造其他具有關鍵技術重要性的材料。”
太陽能制氫，實現(xiàn)了清潔能源生產(chǎn)清潔能源，并可以有效地消納光伏發(fā)電，可以實現(xiàn)兩種重要新能源之間的有效結合應用。隨著光伏發(fā)電和電解水制氫技術的不斷發(fā)展，成本的逐漸降低，太陽能制氫將能逐漸滿足商業(yè)化的要求，成為我國能源安全和能源結構調(diào)整的又一生力軍。
