一個能夠從空氣中收集水并提供氫氣燃料的裝置--完全由太陽能驅動--幾十年來一直是研究人員的夢想，但現在洛桑的一個團隊聲稱已經破解了這個難題。

EPFL化學工程師Kevin Sivula和他團隊的研究人員開發了一個簡單的系統，該系統結合了基于半導體的技術和具有兩個關鍵特征的新型電極：它們是多孔的，以最大限度地與空氣中的水接觸；并且是透明的，以最大限度地使半導體涂層在陽光下曝光。

當該設備簡單地暴露在陽光下時，從空氣中獲取水分并產生氫氣。該成果今天發表在《先進材料》上。

Sivula表示："為了實現一個可持續發展的社會，我們需要有辦法將可再生能源儲存為可用作燃料和工業原料的化學品。太陽能是最豐富的可再生能源形式，我們正在努力開發具有經濟競爭力的方法來生產太陽能燃料"。

來自植物葉子的靈感

在他們對可再生燃料的研究中，EPFL的工程師與豐田汽車歐洲公司合作，從植物能夠利用空氣中的二氧化碳將太陽光轉化為化學能的方式中獲得了靈感。

植物本質上是從環境中收獲二氧化碳（CO2）和水，并在陽光的額外能量的推動下，通過光合作用將這些分子轉化為糖和淀粉。陽光的能量以化學鍵的形式儲存在糖類和淀粉中。

由Sivula和他的團隊開發的透明氣體擴散電極，當涂上光收集半導體材料時，就像一片人造葉子，從空氣和陽光中收集水，產生氫氣。陽光的能量以氫鍵的形式被儲存起來。

他們的底層實際上是一個由毛氈玻璃纖維組成的三維網，而不是用對陽光不透明的傳統層來建造電極。

這項工作的主要作者Marina Caretti表示："開發我們的原型設備是具有挑戰性的，因為透明的氣體擴散電極以前沒有被證明過，必須為每個步驟開發新的程序。然而，由于每個步驟都相對簡單且可擴展，我認為我們的方法將為廣泛的應用打開新的視野，從用于太陽能驅動的氫氣生產的氣體擴散基板開始。"

從液態水到空氣中的濕度

Sivula和其他研究小組此前已經表明，通過使用光電化學（PEC）電池從液態水和太陽光中產生氫燃料，可以進行人工光合作用。

一般來說，PEC電池是一種利用入射光刺激浸在液體溶液中的光敏材料（如半導體）來引起化學反應的裝置。但就實際用途而言，這個過程有缺點，對使用液體的大面積PEC裝置的制造很復雜。

Sivula表明，PEC技術可以用于收集空氣中的濕度，從而導致他們開發了新的氣體擴散電極。電化學電池（例如燃料電池）已經被證明可以用氣體而不是液體來工作，但以前使用的氣體擴散電極是不透明的，與太陽能供電的PEC技術不兼容。

現在研究人員正在集中精力優化該系統，考慮理想的纖維、孔隙、半導體和膜的尺寸。