瘋狂的“矽穀鋼鐵俠”馬斯克（kè）說，要在（zài）火（huǒ）星上扔一萬個核彈，目的是為了（le）讓火星兩（liǎng）極的二氧（yǎng）化碳釋放出來，把火星變得和地球一樣溫暖。

多年來，馬斯克一直希（xī）望殖民火星，他的（de）很多公司（sī）都和這個瘋狂的想法有關。

SpaceX發射（shè）火箭自然不必說，太陽能電池公司SolarCity未來也能為火星移民提供電力。

最近，日本的科（kē）研人員給馬斯（sī）克帶來了一個（gè）好消息（xī），移民火星計劃（huá）可能（néng）不必為能源和氧氣問題發愁了。

來自東京大學（xué）、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（hái）登上了最新一（yī）期的Nature。

用太陽光（guāng）分解水過去不是（shì）沒有人研究過，此前最常見的（de）方（fāng）法是用太陽能電板發電，再用電（diàn）分解水。

但（dàn）日本科學家這次的發（fā）現（xiàn）是效率最高的。比起用SolarCity太陽能電板發電再電解水，效率不知道高到哪裏去了。

國內（nèi）某天才公司，甚至還想出用鋁來分解水，發明了（le）所謂“水氫汽車”，但（dàn）是鋁的造價比氫氣貴多了。

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

96%效率（lǜ）意味著什麽

研究表明，如果太陽（yáng）光催化分解（jiě）水的效率（lǜ）達到10%，就能具備經濟上的競爭力。

但是，光催化半導（dǎo）體的轉換效率通常遠低於10％。這是因為光（guāng）催化過程非常複雜，並且要求半導體顆粒具有（yǒu）多種特性的組合。

要實現（xiàn）高效（xiào）率地光解水，催化（huà）劑需要做到以（yǐ）下幾步：

為了衡量催化劑光解效率，科學家們定義了2個（gè）物理量：內部量（liàng）子效率（IQE）和外部量（liàng）子效率（EQE）。

如果水吸收的光子全（quán）部用來分解水，那麽IQE=100%。

但是IQE很（hěn）難直接測量，這時候就要用到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（yǎng）鍵，光分解就是用光子切斷這兩（liǎng）個化學鍵。

如（rú）果效（xiào）率達到100%，那麽隻要兩個光子就能（néng）切斷兩個氫氧鍵，產生一個氫分子（H2）。

所以EQE的定義（yì）為產生的氫（qīng）原子數量（也就是氫分子數量2倍（bèi））與照射光子數量（liàng）的比（bǐ）值：

EQE一般低於IQE，不難想象，照射反應（yīng）容器的光不一定全被水吸收，還會有一部分損耗。

而日本科學家做（zuò）到了EQE≈96%，證明了IQE接（jiē）近100%，被水吸（xī）收的光子幾乎沒有浪費，全部被用來分解（jiě）水（shuǐ）分子了。

這種神奇的材料（liào）是如何做到如此高的效率呢？

抑製（zhì）電荷（hé）複合，降低效率損失

研（yán）究人員選擇的初始（shǐ）材料，是鈦酸鍶（SrTiO3）。

這是一種特性良好（hǎo）的光催化劑，通過吸收紫外線來產生電（diàn）子-空穴對。

不過，就像前文提（tí）到的，在此前的研（yán）究中，像這樣（yàng）的光催化劑存（cún）在催化效率不高的問題。

造成損耗的其中一個原因（yīn），是電荷重組，這會使電子和空穴在參（cān）與分解（jiě）水之前（qián）就（jiù）重新結合在一起。