可再生能源的产生和存储是获得清洁能源的一大障碍。当人工光合作用联合中心在加州理工以及合作单位成立的时候，美国能源部只有一个核心目标，那就是找到一种有效的方法，只是用阳光、水和二氧化碳等将能量转化为化学染料。在过去的五年中，JCAP的研究人员在这方面已经取得了瞩目的成绩，如今他们介绍了第一款完整、高效、完全且可集成的太阳能驱动系统，可分解水制备氢气。这种新型太阳能系统发表在《能源与环境科学》杂志上。

Atwater认为，这一成就充分借鉴了JCAP的知识、见解和能力，表明了一个综合团队可实现的所有成就。现在所报道的这款装置也介绍了新型太阳能发电机所需要的新型材料和设计。这种新型系统有三个主要的部分：两个电极和一个膜。光阳极可利用太阳光来氧化水分子，生产质子和电子，以及氧气。光阴极则会使得质子获得电子，从而形成氢气。JCAP这种设计的一个核心部件就是塑料膜，可以将氧气和氢气分开。如果将这两种气体混合在一起，那么在一定条件下则会发生爆炸；这层膜就可以将氢气从中分离，在一定压力条件下进行收集。

硅或砷化镓型半导体可有效吸收太阳光，因此可用于太阳能电池板中。然而，当这些材料暴露在水中的时候，也会被氧化，因此不能直接用于产生燃料。在这方面Lewis实验室之前的研究工作则具有很高的借鉴价值，即如果在电极表明涂上一层纳米级的厚层二氧化钛，则可以有效阻止电极腐蚀，也不会对反应产生影响。另一项重要的进步就是高活性且便宜的催化剂的使用。光阳极需要催化剂来驱动必要的分解水反应。稀有贵金属的催化活性很高，但是该团队通过在二氧化钛的表面加上一层2纳米厚的镍，可以制备更便宜、且活性更高的催化剂。使得该新系统更加高效且安全的一项重要组成部件就是特殊的塑料膜，可有效分开气体，降低爆炸的可能性，同时也可以确保离子自由流动。所有的这些组成部件在相同的条件下是稳定的，可协调工作，从而制备高效可集成系统。

“我们的研究工作表明，通过太阳能安全高效地获得燃料是可能的，且系统可集成程度高，组件也相对便宜。当然，我们也需要进一步努力来延长系统的寿命；同时也需要开发更加经济高效的制备方法。”Lewis说。

新材料在线编译整理——翻译：杨超     校正：摩天轮