#新能源周報#為有機太陽能電池穿上護甲

新能源材料一周縱覽047期
20160321-20160327

本期導語：光觸酶板助力太陽能光解水；二氧化碳不是無情物，化作混泥土更護家園；固態電解質開啟固體電池大門；為有機太陽能電池穿上護甲；鐵金屬加速太陽能電池生產；層狀石墨烯與金屬鋰強強聯合打造高能量電池；甲烷利用清潔化，地球再也不用擔心氣候污染了；甘蔗向生物燃油進軍。

1、光觸酶板助力太陽能光解水
Solar water splitting using particulate photocatalyst sheets

東京大學的研究人員利用顆粒光觸酶板，將太陽能轉化為氫能，已經能使其轉換效率達1.1%。顆粒光觸酶板由兩種顆粒催化劑和導電材料組成，并固定在玻璃板上，具有可擴展性和較低的制造成本等優點。光觸酶板是為粒子轉移做準備的：首先，在催化劑作用下可見光光解出氫氣和氧氣，隨后，顆粒復合光催化劑層和導電層剝落，這使得顆粒與導電層電阻減小。隨著光觸酶板大規模生產，應用前景廣闊。

相關研究成果發表在Nature Materials上。

2、二氧化碳不是無情物，化作混泥土更護家園
Researchers turn carbon dioxide into sustainable concrete

二氧化碳排放量主要來源是世界各地發電廠的煙氣，也有部分來自混凝土的生產排放。加州大學洛杉磯分校的研究人員致力于尋找一種獨特的解決方案，可以幫助消除這些溫室氣體。該方案主環節是創建一個閉環過程：捕獲發電廠的煙氣，使用3D打印機，來生產新的建筑材料-CO2NCRETE。目前為止，小規模新的建筑材料已經制作出來，并用3D打印機來塑造成微小的錐柱體。團隊努力的方向是增加材料的體積，運用在商業中，并取代水泥，從而在氣候環境上作出貢獻。

3、固態電解質開啟固體電池大門
Solid electrolytes open doors to solid-state batteries

使用固態電解質的固體電池，具有高功率和高能量密度性能，應用范圍廣。日本科學家合成了兩種晶體材料，表現出固態電解質的潛質。之后經過不斷地該進，最終合成了兩種新型鋰基超離子導體材料，能保持固定的晶體結構，使離子能夠像在液體電解質中一樣快速移動，并有很高的離子導電性和高穩定性。擁有新型固體電解質的固體電池，表現出超快充電，續航時間久，循環充放電壽命長的特點。相信不久的將來，會廣泛用于遠程電動汽車中。

相關研究成果發表在Nature Energy上。

4、為有機太陽能電池穿上護甲
Refined protective layer for the 'artificial leaf'

研究人員利用敏感的半導體和透明有機層，開發出一種光解水工序。其中，透明有機層作為保護膜，由碳鏈組成，并覆蓋有納米金屬氧化物催化劑，加速水光解。作為有機太陽能電池的保護裝置，有機保護膜層必須穩定，耐酸堿和透明導電。在制備過程中，首先對半導體摻雜，然后在表面生成碳鏈，最后利用納米粒子催化劑沉積，在半導體表面形成有機膜。使用有機層保護的硅電極，太陽能轉化為氫能的效率約為12%，應用前景廣。

5、鐵金屬加速太陽能電池生產
Solar cells: Silicon profits from a dose of iron

通過快速加熱覆蓋有薄硅化鐵和鋁膜的硅片，研究人員已經開發出一種快速制備太陽能電池的方法。硅光電設備通常在兩個半導體層中帶有正負電荷雜質原子，或摻雜，變成所謂的p-n結。然而，準確植入或擴散摻雜到硅中需要專門的設備和超潔凈的生產條件。研究小組使用簡單的濺射沉積，使含鋁和鐵的硅化物前驅體納米薄涂層放在n型硅晶片上。通過快速熱退火，使涂層轉變為金屬鋁合金的硅化鐵態，這種方法制得的p-n結，非常穩定，可再生，而且應用廣。

相關研究成果發表在Scientific Reports上。

6、層狀石墨烯與金屬鋰強強聯合打造高能量電池
Layered graphene oxide hosts lithium metal anodes

由于重量輕，有較高的比容量和低的電化學電位，在未來高能量密度電池中，鋰很可能作為正極材料。然而，問題在于電池回收過程中，其體積急劇變化。來自斯坦福大學的研究團隊，通過設計一個分層的鋰還原氧化石墨烯結構，已經解決了這個問題。首先使用真空過濾技術制備氧化石墨烯薄膜，以及分散的氧化石墨烯溶液，其次讓他們與熔融鋰薄膜接觸，冷卻后得到鋰還原氧化石墨烯電極，形成有效的層間堆疊架構，抑制了體積變化。

7、甲烷利用清潔化，地球再也不用擔心氣候污染了
Chemists lay groundwork for countless new, cleaner uses of methane

甲烷是世界上最豐富的碳氫化合物，是天然氣和頁巖氣的重要組成部分，是一種有效的燃料，但也是氣候變化的主要因素。賓夕法尼亞大學的化學家們證實甲烷潛在價值不是作為化石燃料，而是作為多功能化學基體材料。化學家們通過大量實驗，找到碳氫鍵硼基化反應最有效反應條件。甲烷在150攝氏度和500磅每平方英寸壓力和金屬銥催化劑作用下，最終生成有機硼化甲烷，其產率高達52%。有機硼化甲烷對碳氫鍵選擇性很高，可作為中間體。利用這個反應，甲烷可用于制藥行業，以及許多其他的工藝設計分子。

8、甘蔗向生物燃油進軍
University of Illinois researchers develop oil from sugarcane for biodiesel and aviation biofuel

伊利諾伊地區的研究小組在伊利諾伊大學科學家的指導下，改變了甘蔗的新陳代謝方式，將糖轉化為油或油脂，可用于生產生物柴油。甘蔗一般含有0.05%的油，但通過這個項目，研究人員將油含量提高了20倍。為了得到更高的油含量和產量，該團隊還引進了高效光合作用和更耐寒熱的甘蔗品種。此外，甘蔗中含有的糖類可轉化為乙醇，也可用于燃料。相信在不久的將來，甘蔗會取代噴氣燃料和柴油成為新的生物柴油。

本期周報由材料人新能源周報小組bob供稿，材料牛編輯整理。