模仿光合作用并非易事。人造光合作用的瓶颈是可见光，因为将其转换为其他形式的能量效率并不高。密歇根理工大学。的研究人员发现了一种新方法可解决这样的问题，该研究发表在《物理化学》杂志上。该技术是由Yun Hang Hu教授开发的。“氢气的汽车的未来，如果你想要发动氢能汽车，那么首先你需要获得氢燃料。”在这种新型氢气生产过程中，关键部分是催化剂、光合牺牲剂之间的相互作用。

黑色钛白粉、甲醇和光的剧本

就像复杂的体育比赛一样，分解水的材料之间的交流看起来就像一个化学剧本一样。其中的演员主要有黑色二氧化钛，甲醇。这个游戏的目标是要获得氢气分子。通常情况下，这需要将电子从一个地方移动到另一个地方，就像将足球踢到预定的地方一样。为了得分，水分子需要获得一个激发电子。当电子被激发后，其会运动到不同的带隙结构中；位置较低的是价带，而位置较高的则是导带，而居于之间的则是禁带。

太阳能，包括可见光和紫外光，是能量来源。光能会激发第一个运动员，二氧化钛，即激发其中的电子。当电子激发后，会产生一个光生电荷，运动到导带中。对于紫外光来说，禁带宽度可放宽到3.2 eV。不过按照Harry Potter Quidditch的方式，这个游戏就更加复杂。电子就像一个金相飞贼一样，如果表现不好的话就会很快回到价带中，从而不会产生氢气。这时，第二个运动员入场了—乙醇。当光生电子进入到导带中后，乙醇可以贡献一个电子。这时这种牺牲剂就像一个守门员一样，可以阻止光生电子与空穴进行复合。

在可见光区域内进行

在紫外光范围内进行的该过程可以产生氢气，但是紫外光仅仅是太阳光很少的一部分。而可见光则占到了光谱的45%左右，因此可见光则显得更加重要。Hu的团队可以增加产率，提高能量效率等，因此它们需要改变场地，从紫外到可见光。光吸收过程是光生电子中非常重要的一步。使用可见光会极大缩小表演场地，黑色二氧化钛的能带宽度只有1.3 eV。这是由于电子激发时是从Ti3+的能级进行激发的，而不是从价带，因此可以缩短能带宽度。光生电子运动到导带的路径也被大大缩短，但是对于乙醇来讲却不是这样，这反而会大大降低乙醇氧化反应的能力。因此在这个过程中需要一定程度的加热来加快这个反应。“我们使用温度来增加乙醇氧化的能量，从而获得电子。”Hu说。通过采用经过修饰的氧化硅基板，并进行加热，Hu的团队不得不重新设计实验。好在实验的设置并不是很复杂，因此非常有利于商业化生产。该研究工作采用光照和加热的方法同时进行该制氢过程，这为可见光光合作用开辟了一条新的道路。

新材料在线编译整理——翻译：杨超    校正：摩天轮