人工光合作用提供了清洁的氢来源

这个想法氢经济在美国，石油及其衍生品目前在很大程度上支撑着人们的日常生活，但使用氢作为燃料可能会被取代。

然而，有两个因素推迟了这一进程:氢气的分配结构的缺乏和制造氢气的困难。

产生氢的方法有两种:将水分解成它的组成气体，这需要电;或者使用天然气，这并不能减少对化石燃料的依赖。

多年来，研究人员一直在尝试开发一种方法，利用太阳的能量来分解水，模仿光合作用的自然过程，绿色植物将太阳能转化为化学能，但大自然的把戏一如既往地难以复制。

计算机和电气工程专家米则天(Zetian Mi)在麦吉尔大学(McGill University) Montréal时就开始研究这个问题。现在，在密歇根大学，米发表了一篇论文，描述了一种能够进行人工光合作用和水分解的装置在自然通讯．

该设备由硅和氮化镓制成，氮化镓是一种经常用于led的半导体。米和他的同事们在硅片衬底上用氮化镓塔建造了一个“纳米尺寸的城市景观”。当光线照射到塔上时，光子将电子从晶体结构中撞击出来，然后电子变得可移动，它们留下的带正电的空穴也是如此。正是这些移动的载流子将氢从水分子中分离出来。

参与这项研究的麦吉尔大学博士生Faqrul Alam Chowdhury说:“当这种特殊设计的晶圆被光子撞击时，电场有助于分离光产生的电子和空穴，从而有效地驱动氢和氧分子的产生。”

以前的直接太阳能水分离器在淡水或盐水中实现了超过1%的稳定太阳能转化为氢气的效率。然而，米的团队实现了超过3%的效率。

米说:“虽然3%的效率看起来很低，但考虑到对这一过程40年的研究，这实际上是一个巨大的突破。”“自然光合作用的效率约为0.6%，这取决于你如何计算它。”该团队继续研究的目标是达到5%的效率，他们认为这是商业化的门槛，然后继续提高性能，目标是达到20%至30%的目标。

提高性能的一种方法可能是使用氮化镓塔的硅晶片支持来帮助捕获光并将载流子输送到氮化镓中。

Mi进行了类似的研究，将二氧化碳中的氧气剥离，将产生的碳转化为碳氢化合物，如甲醇和合成气。这一研究路径可能会像植物一样从大气中去除二氧化碳。