这听起来很神奇：光电极仅利用阳光的能量就能将温室气体CO2转化回甲醇或N2分子，转化为有价值的肥料。

HZB的一项研究现已表明，金刚石材料原则上适用于此类光电极。通过将BESSYII的X射线光谱技术与其他测量方法相结合，TristanPetit的团队首次成功精确跟踪哪些过程被光激发以及金刚石材料表面的关键作用。

乍一看，实验室制造的钻石材料与珠宝店里的同名材料几乎没有共同之处。它们通常是不透明的、黑暗的，看起来一点也不引人注目。但即使它们的外观不起眼，它们在许多不同的应用中都有前景，例如大脑植入、量子传感器和计算机，以及光电化学能量转换中的无金属光电极。

它们是完全可持续的，仅由碳制成，与金属基光电极相比，它们随时间的降解很少，并且可以工业化生产!

金刚石材料适合作为无金属光电极，因为当被光激发时，它们可以在水中释放电子并引发难以引发的化学反应。一个具体的例子是将CO2还原为甲醇，从而将温室气体转化为有价值的燃料。使用金刚石材料将N2转化为氮肥NH3也将是令人兴奋的，其使用的能量比哈伯-博世工艺少得多。

然而，金刚石电极在水中会氧化，并且氧化表面被认为不再向水中发射电子。此外，金刚石的带隙处于紫外线范围内(5.5eV)，因此可见光不太可能足以激发电子。尽管有这样的期望，之前的研究已经表明可见光激发产生的电子发射令人费解。HZBTristanPetit博士的团队进行的一项新研究带来了新的见解并带来了希望。

Petit团队的博士后研究员ArsèneChemin博士研究了弗莱堡弗劳恩霍夫应用固体物理研究所生产的金刚石材料样品。这些样品经过精心设计，可促进CO2还原反应：掺杂硼以确保良好的导电性，并采用纳米结构，使其具有巨大的表面，以增加电子等载流子的发射。

Chemin在BESSYII上使用了四种X射线光谱方法来表征样品的表面以及激发特定电子表面态所需的能量。然后，他利用HZB专门实验室测量的表面光电压来确定这些状态中哪些状态被激发以及电荷载流子在样品中如何移位。作为补充，他测量了空气或液体中样品的电子光发射。

通过结合这些结果，他第一次能够全面绘制出光激发后样品表面发生的过程。

“令人惊讶的是，我们发现液体中电荷的光发射几乎没有差异，无论样品是否被氧化，”Chemin说。这表明金刚石材料非常适合在水溶液中使用。可见光激发也是可能的：对于掺硼样品，紫光(3.5eV)足以激发电子。

“这些结果令人感到乐观，”Chemin说：“有了金刚石材料，我们就拥有了一类可以探索和广泛使用的新型材料。”更重要的是，这项研究的方法也很有趣：物理学家指出，这些不同光谱方法的结合也可能导致其他光活性半导体材料的新突破。

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