一个能够从空气中收集水并提供氢气燃料的装置--完全由太阳能驱动--几十年来一直是研究人员的梦想，但现在洛桑的一个团队声称已经破解了这个难题。

EPFL化学工程师Kevin Sivula和他团队的研究人员开发了一个简单的系统，该系统结合了基于半导体的技术和具有两个关键特征的新型电极：它们是多孔的，以最大限度地与空气中的水接触；并且是透明的，以最大限度地使半导体涂层在阳光下曝光。

当该设备简单地暴露在阳光下时，从空气中获取水分并产生氢气。该成果今天发表在《先进材料》上。

Sivula表示："为了实现一个可持续发展的社会，我们需要有办法将可再生能源储存为可用作燃料和工业原料的化学品。太阳能是最丰富的可再生能源形式，我们正在努力开发具有经济竞争力的方法来生产太阳能燃料"。

来自植物叶子的灵感

在他们对可再生燃料的研究中，EPFL的工程师与丰田汽车欧洲公司合作，从植物能够利用空气中的二氧化碳将太阳光转化为化学能的方式中获得了灵感。

植物本质上是从环境中收获二氧化碳（CO2）和水，并在阳光的额外能量的推动下，通过光合作用将这些分子转化为糖和淀粉。阳光的能量以化学键的形式储存在糖类和淀粉中。

由Sivula和他的团队开发的透明气体扩散电极，当涂上光收集半导体材料时，就像一片人造叶子，从空气和阳光中收集水，产生氢气。阳光的能量以氢键的形式被储存起来。

他们的底层实际上是一个由毛毡玻璃纤维组成的三维网，而不是用对阳光不透明的传统层来建造电极。

这项工作的主要作者Marina Caretti表示："开发我们的原型设备是具有挑战性的，因为透明的气体扩散电极以前没有被证明过，必须为每个步骤开发新的程序。然而，由于每个步骤都相对简单且可扩展，我认为我们的方法将为广泛的应用打开新的视野，从用于太阳能驱动的氢气生产的气体扩散基板开始。"

从液态水到空气中的湿度

Sivula和其他研究小组此前已经表明，通过使用光电化学（PEC）电池从液态水和太阳光中产生氢燃料，可以进行人工光合作用。

一般来说，PEC电池是一种利用入射光刺激浸在液体溶液中的光敏材料（如半导体）来引起化学反应的装置。但就实际用途而言，这个过程有缺点，对使用液体的大面积PEC装置的制造很复杂。

Sivula表明，PEC技术可以用于收集空气中的湿度，从而导致他们开发了新的气体扩散电极。电化学电池（例如燃料电池）已经被证明可以用气体而不是液体来工作，但以前使用的气体扩散电极是不透明的，与太阳能供电的PEC技术不兼容。

现在研究人员正在集中精力优化该系统，考虑理想的纤维、孔隙、半导体和膜的尺寸。