馬斯克（kè）先前說SpaceX預計在2050年前用火箭將100萬人送上火星，並在火星創建（jiàn）人類的（de）第二根（gēn）據（jù）地！但想拓荒（huāng）有那麽容易嗎？日本（běn）科學家發現一種催化劑，可（kě）以將能源完（wán）美地（dì）轉換，馬斯（sī）克的夢就要實（shí）現了嗎？

瘋狂（kuáng）的“矽穀（gǔ）鋼鐵俠”馬斯克說，要在火星上扔一萬個核彈，目的是為了讓火星兩極的二氧化（huà）碳釋放出來，把火星（xīng）變得和地球一樣溫暖。

多年來，馬斯克一直希望（wàng）殖民火星，他的很多公司都和這個瘋（fēng）狂的想法有關。

SpaceX發射火箭（jiàn）自然不必（bì）說，太陽能電（diàn）池（chí）公司（sī）SolarCity未來也能為火星移民提供電力。

SolarCity太陽能電（diàn）板被比下去了！光解（jiě）水催化劑轉換效率更高

最近，日本的科研人員給馬斯（sī）克帶來（lái）了一個好（hǎo）消（xiāo）息，移民火星計劃可能不必為能源和氧氣問題發愁了（le）。

來自東京大學、信州大學的研究者發現了一種新的催化劑，用“光分解水”的效率（EQE）高達96%，還登上了最新一期的（de）Nature。

用太陽光分解水過去不是沒有（yǒu）人（rén）研究（jiū）過，此前最常見的方法是用（yòng）太陽能電板發電，再用電分解水（shuǐ）。

但日本（běn）科學家這次的發（fā）現是效率最高的。比（bǐ）起用SolarCity太陽能（néng）電板發電再電解水，效率不知（zhī）道（dào）高到哪裏去了。

某天才公司，甚（shèn）至還（hái）想出用鋁來分解水，發（fā）明了所謂（wèi）“水氫汽（qì）車”，但是鋁的造價比氫氣貴多了。

巧合的這次（cì）日本科學家也用到了鋁，但（dàn）鋁是作為催化劑的一種成分，而非反應物，可以反複使用。

高效率光解水催化（huà）劑有這“四大關鍵”

研究表明，如果太陽光催化分解水的效率達到10%，就能具（jù）備經濟上的競爭（zhēng）力。

但是（shì），光催化半導體的轉換效率通常遠低於（yú）10%。這是因為（wéi）光催化過程非常複雜，並（bìng）且要求（qiú）半導體顆粒具有多種特性的組合。

要實現高效率地光解（jiě）水（shuǐ），催化劑需要做到以下幾步：

以上每個步驟中可能發生的副反應都有可能降低整體的轉換效率。

幾近100%的效率！吸收的（de）光子被發（fā）揮得淋漓盡致

為了（le）衡量催化劑光解效率（lǜ），科學家們定義了2個物理量：內部量子（zǐ）效（xiào）率（IQE）和外（wài）部量子效率（EQE）。

如果水吸（xī）收的光子全部用來分解水（shuǐ），那麽IQE=100%。

但是IQE很難直接測量，這時候（hòu）就要用到EQE。EQE是指照射反應容器的光子的效率。

水分子裏有兩個氫氧鍵，光分解就是用光子切斷這兩個化學鍵。

如果效（xiào）率達到100%，那（nà）麽隻要兩個（gè）光子就能切斷兩個氫氧鍵，產生一個氫分子（H2）。

所以EQE的定義為產生的氫原子數量（也就是氫分子（zǐ）數（shù）量2倍）與照射光子數量的比值：

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EQE一（yī）般（bān）低（dī）於IQE，不難想象，照射（shè）反應容器的光不一定全被水吸收（shōu），還會有一部分損耗。

而日本科學（xué）家做到了EQE≈96%，證（zhèng）明了IQE接近100%，被（bèi）水吸收的光子幾乎沒有浪費，全部被用來分（fèn）解水分子了。

這種神奇的（de）材料是如何做到如此（cǐ）高的效率呢？

隻要防止“電荷重組”發生，催（cuī）化效率就不會降低（dī）

研究人員選擇的初（chū）始材（cái）料，是鈦酸鍶（sī）（SrTiO3）。

這是一（yī）種特性良好的光（guāng）催化（huà）劑，通過吸收紫（zǐ）外線來產（chǎn）生電子—空穴（xué）對。

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不過，就像前文提到的，在此前的研究中，像這樣的光催（cuī）化劑存在催化效率（lǜ）不高的問題。

造成損耗的（de）其中一個原因，是電荷重組，這會使電子和空（kōng）穴（xué）在參與分解水之前就重新結合（hé）在一起。

為了抑製電荷重組，研究人員采取了兩（liǎng）種方法：

另（lìng）外，研究人員發現，在鈦酸鍶晶體中，電子和空穴實際上會聚集在不同的晶體麵上。

於是，研究人員利用這個（gè）特點，采用逐步光（guāng）沉積法，將合適的催化劑（jì）專門連接到反應發生的位點，進一步抑製了電荷重組。