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催化剂Nature：光解水催化剂效率接近100%！马斯克移民火星的能源和氧气这下有了( 二 )


为了抑制电荷重组 ， 研究人员采取了两种方法：
一是提高光催化剂粒子的结晶度 ， 从而减少晶格缺陷的数量 。
二是将少量铝原子融入晶格中 ， 减少晶格中的化学缺陷数量 。
另外 ， 研究人员发现 ， 在钛酸锶晶体中 ， 电子和空穴实际上会聚集在不同的晶体面上 。
于是 ， 研究人员利用这个特点 ， 采用逐步光沉积法 ， 将合适的催化剂专门链接到反应发生的位点 ， 进一步抑制了电荷复合 。
催化剂Nature：光解水催化剂效率接近100%！马斯克移民火星的能源和氧气这下有了
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在这个过程中 ， 研究人员选择性地在小平面上沉积合适的助催化剂 ， 以促进电子收集表面上氢气的产生 ， 和空穴收集面上氧气的产生 。
催化剂Nature：光解水催化剂效率接近100%！马斯克移民火星的能源和氧气这下有了
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△图源：Nature
为了防止有害的副反应 ， 如氧还原反应的发生 ， 研究人员将产氢反应中的铑助催化剂包裹在氧化铬中 ， 从物理上阻隔了氧气与催化剂的相互作用 。
经测定 ， 在350nm、360nm、365nm紫外波段处 ， 铝掺杂钛酸锶（SrTiO3:Al）的EQE分别达到了95.7%、95.5%和91.6% 。
这是目前光解水催化剂达到的最高效率 。
在370nm和380nm处 ， EQE值分别下降至59.7%和33.6% ， 这是光吸收率下降的结果 ， 也可能因为在这些波段 ， IQE较低 。
而这也就意味着 ， 在350-360nm这个波段 ， 该光催化剂的IQE已经接近100%——理论上最强的光催化剂 ， IQE即为100% 。
催化剂Nature：光解水催化剂效率接近100%！马斯克移民火星的能源和氧气这下有了
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虽然这个催化剂仅在紫外波段有效 ， 但对于没有臭氧层的火星而言 ， 或许是个不错的选择 。
咦 ， 火星？那马斯克是不是能用上了？
给马斯克支招
太阳提供的能量非常可观 ， 我们只要把照射到地球的太阳能的0.02%利用好 ， 就能解决提供全球的能源消耗 。
火星与太阳的距离是日地距离的1.5倍 ， 因此表面的阳光强度只有地球的一半不到 ， 但是火星表面大气稀薄（仅地球的0.6%）而且没有臭氧层 ， 紫外线可以无障碍照射到地面 。
所以如果能充分利用好太阳能 ， 殖民火星不是问题 。
问题是火星哪里找水呢？答案就在马斯克的疯狂计划里 。
马斯克说要在火星上爆一万个核弹 ， 其实是想让火星两极的极冠里的干冰升华 ， 把二氧化碳释放到火星大气中 ， 利用二氧化碳的温室效应提高火星表面温度 。
催化剂Nature：光解水催化剂效率接近100%！马斯克移民火星的能源和氧气这下有了
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马斯克没说的是 ， 火星的极冠里水冰的成分比干冰更多 。
火星两极的水冰不仅可以解决移民的用水问题 ， 现在也能解决能源和氧气问题 ， 直接就地取材 ， 不必从地球运输 。
未来 ， 按照马斯克的计划 ， 把两极的二氧化碳放出后 ， 火星表面的温度升到冰点以上 ， 那么就可以执行第二步计划——分解水 。
极冠是一处丰富的水源 。 另外 ， NASA好奇号火星探测器已经发现 ， 火星土壤含有丰富的水分 ， 重量百分比大约为1.5%~3% 。
未来SpaceX可以把光解水催化剂运到火星上 ， 水分解成氢氧可以作为燃料电池能源 ， 氧气也可以单独分离出来 ， 作为移民者的空气来源 ， 可谓一举两得 。
虽然 ， 日本科学家发现的催化剂达到实用尚需时间 ， 但移民火星还要几十年时间 ， 马斯克也说要努力活得更久 ， 好去火星生活 。
这几十年里 ， 科技会发展成啥样 ， 又有谁能说得好呢？
参考链接：
https://www.nature.com/articles/d41586-020-01455-w
https://arstechnica.com/science/2020/05/new-material-releases-hydrogen-from-water-at-near-perfect-efficiency/?comments=1
https://www.nature.com/articles/s41586-020-2278-9


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