如何看待 "Nature：光解水催化剂效率接近100%！"

马斯克是疯狂的“硅谷钢铁侠”，多年来，他一直希望殖民火星，他曾说过要是在火星上扔一万个核弹，就可以把火星两极的极冠里的二氧化碳释放出来，火星就会变得和地球一样温暖，而且其中的水冰还可以解决移民的用水问题，也能解决能源和氧气问题，直接就地取材，不必从地球运输。

埃隆·马斯克

前段时间，来自东京大学、信州大学的科研人员发现了一种新的催化剂，解决了马斯克移民火星计划的能源和氧气问题，该团队研究出的这种催化剂光分解水的效率（EQE）高达96%，还登上了最新一期的Nature。

96%的效率意味着什么？

研究表明，如果太阳光催化分解水的效率达到10%，就能具备经济上的竞争力。但是，光催化半导体的转换效率通常远低于10％。这是因为光催化过程非常复杂，并且要求半导体颗粒具有多种特性的组合。

要实现高效率的光解水，催化剂需要做到以下几步：

1.吸收光；

2.产生并分离电子-空穴对；

3.使空穴和电子传播到催化剂与水的交界面；

4.从水中催化产生氢和氧。

以上每个步骤中可能发生的副反应都有可能降低整体的转换效率。

水分子里有两个氢氧键，光分解就是用光子切断这两个化学键。如果效率达到100%，那么只要两个光子就能切断两个氢氧键，产生一个氢分子（H2）。这就表明被水吸收的光子几乎没有浪费，全部被用来分解水分子了。就是这种神奇的材料，被这个研究团队研究出来了

大家看了以后可能会欣喜若狂，接近100%的转化率，这对人类来说意味着什么？什么可控核聚变？什么高温超导？通通不需要了！其实，原文说的是“量子效率”，这和我们理解的“效率”或者“转化率”可是两回事啊。量子效率指的是入射光子转换电子的比率，也就是入射的一个光子能够转化成几个电子。一般的太阳能电池有内部量子效率（IQE）和外部量子效率（EQE）之分，区别在于后者是电子除以所有入射光子，而前者是电子除以吸收的光子。

这篇Nature论文上写的是：在350至360nm之间的波长下，总水分解的外部量子效率高达96％，这相当于内部量子效率几乎为1。大家明确了上面的基础概念，就应该能理解这篇论文的关键点了。350至360nm是紫外线波段，太阳光最主要还是集中在可见光波段。有的人可能会说地球上的太阳光主要集中在可见光波段是因为臭氧层的存在，火星上没有臭氧层完全可以使用啊，有这种疑问的读者可以去了解一下黑体辐射维恩位移定律。虽然目前它的应用价值还未被完全开发，意义也不是很大，但是从科研的角度来说，有了一个突破，然后就是找机理，然后复制、扩展，要相信人类的智慧嘛。而且日本科学家发现的催化剂达到实用尚需时间，但移民火星还要几十年时间，马斯克也说要努力活得更久，好去火星生活。

火星

这几十年里，科技会发展成什么样，谁又能说的准呢？要是在可见光波段实现这个效率而且可以实现大规模量产，那这不就是新一轮的能源革命吗？