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光解水技术的效率达100%,你信吗?
发布时间:2021-08-24    浏览量:5565

光解水制氢技术始自1972年,随着电极电解水向半导体光催化分解水制氢的多相光催化的演变和TiO2以外的光催化剂的相继发现,兴起了以光催化方法分解水制氢(简称光解水)的研究,并在光催化剂的合成、改性等方面取得较大进展。

光解水的原理为:光辐射在半导体上,当辐射的能量大于或相当于半导体的禁带宽度时,半导体内电子受激发从价带跃迁到导带,而空穴则留在价带,使电子和空穴发生分离,然后分别在半导体的不同位置将水还原成氢气或者将水氧化成氧气。

近日,来自日本信州大学KazuhikoSeki教授和东京大学KazunariDomen教授等的研究团队成功利用铝掺杂钛酸锶(SrTiO3:Al)光催化剂,并且通过选择性将两种助催化剂Rh/Cr2O3、CoOOH引入到析氢反应以及析氧反应中,实现了在波长350-360nm的紫外光照射下,极高的光催化全解水的外量子效率,EQE高达96%,创下了光催化全解水的新纪录。

在过去的光全分解水的研究中,外量子效率一直无法达到100%的一种重要原因就是电荷重组,即空穴与电子在未参与光解水过程之前,又重新结合在一起,这一过程严重降低了能量转化效率。为了避免这一过程,研究团队采用了两种手段:第一通过提高光催化剂粒子的结晶度,减少晶格缺陷。第二将少量铝原子融入晶格中,减少晶格中的化学缺陷数量。此外,研究团队还发现,在钛酸锶SrTiO3晶体中,空穴和电子会聚集在不同的晶体面上,并且利用这一现象,采用逐步光沉积法,将合适的催化剂专门链接到反应发生的位点,从而进一步抑制了电荷复合。


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