导读 模仿光合作用，水分裂细胞吸收阳光并产生燃料。设计这种电池的挑战是将吸收太阳光并产生电子的半导体与使用这些电子产生燃料的催化剂配对。
模仿光合作用，水分裂细胞吸收阳光并产生燃料。设计这种电池的挑战是将吸收太阳光并产生电子的半导体与使用这些电子产生燃料的催化剂配对。研究人员介绍了一种研究两种材料界面电子流动的新方法。利用这种能力，他们发现离子渗透催化剂形成的界面相对于可比较但更致密的催化剂产生更多的能量。
水分解提供了以可再生化学燃料(例如氢)的形式大规模转换和储存太阳能的潜在机制。探测电荷分离水分离界面的直接方法的发明使得能够开发出更有效的从阳光和水产生氢的装置。这一发现还揭示了有关改进界面电荷转移的基本问题。
开发高效水分解太阳能装置的瓶颈是缺乏关于催化剂和半导体之间界面的电子行为的直接定量信息。为了更好地理解催化剂，研究人员电接触单晶二氧化钛电极并用各种催化剂薄膜涂覆。当半导体 - 催化剂界面使用新的双电极光电化学技术操作时，直接探测半导体 - 催化剂界面，以独立地监测和控制两种材料的电压和电流。研究人员利用这种方法观察了催化剂中的电荷积累并改变了催化剂的电压。氧化还原活性离子渗透催化剂，如氢氧化镍/羟基氧化镍(Ni(OH)2)/ NiOOH)产生“自适应”半导体 - 催化剂结，其中有效肖特基势垒高度随催化剂的氧化水平而变化。
相反，致密的，离子不可渗透的氧化铱基催化剂产生恒定的势垒高度“掩埋”结。将致密的热沉积的镍氧化物在二氧化钛上转化为离子可渗透的Ni(OH)2 / NiOOH与增加的表观光电压和填充因子相关。研究人员提出了一种新的自适应连接理论，并通过数值模拟应用该理论。虽然研究中使用的系统效率不高，但这些结果提供了对接口动态行为的基本了解，这将有助于指导高效半导体催化剂器件的设计。它们还说明了一类新的自适应半导体结。
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