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太阳能制氢获突破氢能“上位”见契机


本文摘要:近日,中科院沈阳化物所李灿院士领导的研究团队在太阳能制氢研究领域获得多项进展。

近日,中科院沈阳化物所李灿院士领导的研究团队在太阳能制氢研究领域获得多项进展。不仅构建了2.5%的光催化体系世界最低太阳能制氢效率,同时还取得了稳定性最低的Ta3N5太阳能光电化学分解成水体系,并在国际上首次明确提出光电催化空穴储存层概念,为更进一步设计构筑高效平稳的太阳能转化成体系获取了新的思路和策略。

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  利用取之不尽的太阳能作为制氢的一次能源是理想的能源发展方向。科学家们通过光催化和光电催化,利用太阳能把水分解成为燃料电池所必须的氢和氧。然而,过去几十年研究的光催化材料不能利用占到太阳光总能量4%的紫外光,使太阳能制氢的广泛应用受到很大容许。如何发展平稳的红外线光催化材料,使之能充分利用占到太阳能总能量43%的红外线,沦为太阳能分解成水制氢技术的一个关键。

  在国家自然科学基金重大项目和科技部973项目的资助下,通过多年的持续研制成功,李灿研究团队在光催化和光电催化分解成水的红外线研究中获得了最重要进展。他们利用幸催化剂标记的BiVO4作为光阳极,在大于偏压下构建了红外线驱动的全分解成水反应。

并将BiVO4光阳极与硅叠层光阴近于耦合,使太阳能制氢效率超过2.5%以上,这是目前该体系的世界最低效率。  在展开太阳能光催化分解成水研究的同时,该团队也启动了太阳能光电催化分解成水的研究。

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要提升太阳能制氢效率,必需发展长光谱捕光的窄带隙半导体光阳极,其中具备代表性的是窄带隙半导体Ta3N5材料,其太阳能制氢理论效率平均15%以上,是目前国际太阳能光电催化制氢领域的主攻体系之一。  但这一体系易受光生锈,解决问题其稳定性沦为该领域的挑战课题。

在这项研究工作中,大化所科研人员在光阳极表面装配水铁石(Fh)层、维持光电催化水水解高效率前提下,找到其体系稳定性可由几分钟缩短至数小时,甚至十余小时后也未见显著衰落,这是目前世界上报导的稳定性最低的Ta3N5分解成水光阳极体系。  科研人员更进一步探寻找到,Ta3N5表面Fh层具备电容的空穴储存能力,可使半导体Ta3N5材料免遭光生锈水解,从而使光阳极的稳定性数量级式提升。藉此,李灿院士领导的太阳能研究团队在国际上明确提出了光电催化空穴储存层概念,为更进一步设计构筑高效平稳的太阳能转化成体系获取了新的思路和策略。

  氢能上位,技术是前提  占到世界能源供给90%的化石燃料在日益耗尽。同时,传统化石能源不作燃料导致的全球气候气候变化加快、空气质量上升、环境污染激化等问题也在日益威胁着人类社会的存活与发展。作为一种洗手、高效和资源非常丰富的新能源,氢能沦为未来最理想的能源。而构建氢的规模制取是发展氢能的前提和基础。


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