咨询热线:010-63716865

  当前位置 : 首页 > 资讯动态 > 相关技术 > 纳米材料催化光解水析氢原理-阳光下分解水获得氢气
点击返回新闻列表  
纳米材料催化光解水析氢原理-阳光下分解水获得氢气
发布时间:2022-11-04    浏览量:3194

东京工业大学(Tokyo Institute of Technology)的科学家们开发了一种由金属氧化物纳米片和吸光分子构建的混合材料,用于在阳光下分解水分子以获得氢气(H2)。由于H2可以作为无碳燃料使用,该研究为清洁能源的生成提供了相关的启示。

随着化石燃料的枯竭及其燃烧带来的环境问题,开发清洁能源发电技术成为全球关注的话题。在所提出的各种清洁能源发电方法中,光催化水分解法显示出很大的前景。这种方法利用太阳能使水分子分解,得到氢气(H2)。然后,H2可以作为一种无碳燃料或作为生产许多重要化学品的原料。


现在,东京工业大学Kazuhiko Maeda领导的研究小组开发出了一种由纳米级金属氧化物片和钌染料分子组成的新型光催化剂,其工作机理与染料敏化太阳能电池类似。光催化水分解成H2和O2的金属氧化物具有较宽的带隙,而染料敏化氧化物可以利用太阳光中的可见光。新型光催化剂能够从水中生成H2,周转频率为每小时1960次,外部量子产率为2.4%。



这些结果是染料敏化光催化剂在可见光下的最高记录,使Maeda团队离人工光合作用的目标更近了一步。


这种新材料发表在《Journal of the American Chemical Society》上,是由高表面积的铌酸钙纳米片(HCa2Nb3O10)与作为H2进化位点的铂(Pt)纳米团簇交错构成的。然而,铂改性纳米片并不能单独发挥作用,因为它们不能有效地吸收太阳光。因此,将可见光吸收的钌染料分子与纳米片相结合,实现了太阳驱动的H2析出。



该材料之所以高效,是因为采用了纳米片,可以通过化学剥落片状HCa2Nb3O10获得。纳米片的高表面积和结构灵活性最大限度地提高了染料负载量和H2析出位点的密度,从而提高了H2析出效率。同时,为了优化性能,Maed团队还用非晶氧化铝对纳米片进行了改性,这对提高电子传输效率起到了重要作用。"史无前例的是,纳米片的氧化铝改性在反应过程中促进了染料再生,而不妨碍电子从激发态染料注入纳米片,这是染料敏化H2析出的主要步骤,"Maeda说。"一直以来,人们认为在可见光下使用染料敏化光催化剂高效地通过整体水分解实现H2析出非常困难,我们的研究结果清楚地表明,利用精心设计的分子-纳米材料混合体,这确实是可能的。"


后续还将进行更多研究,进一步优化混合型光催化剂的设计,以提高其效率和长期耐久性。


论文标题为《An Artificial Z-Scheme Constructed from Dye-Sensitized Metal Oxide Nanosheets for Visible Light-Driven Overall Water Splitting》。


最新文章
IPCE测试中偏置光对钙钛矿太阳能电池量子效率的影响与优化设置
钙钛矿太阳能电池的IPCE测试相比传统硅电池更具挑战性。钙钛矿材料在光照下可能存在离子迁移、陷阱态填充和光致相分离等效应,这些效应对测试条件(尤其是偏置光)高度敏感。不恰当的偏置光设置可能导致EQE测量值偏离真实值,影响效率标定的准确性。北京中教金源科技有限公司的IPCE测试系统配备可调偏置光源(白光LED+单色LED),支持钙钛矿电池EQE测试的条件优化。
叠层太阳能电池的IPCE测试方法
叠层太阳能电池由两个或多个具有不同带隙的子电池串联而成,其总电流受限于电流最小的子电池。IPCE测试在叠层电池评价中的核心任务是分别测量各子电池的外量子效率(EQE),以诊断子电池的电流匹配状况。北京中教金源科技有限公司的IPCE测试系统支持偏置光-电光调制法,适用于双结和三结叠层电池的子电池EQE测量。
TiO₂基光催化剂在太阳能裂解水制氢中的改性策略与研究进展
TiO₂是光催化分解水制氢研究中最早被发现的半导体材料,因其化学稳定性好、无毒、成本低而受到广泛关注。然而,TiO₂的宽禁带(锐钛矿相约3.2eV,金红石相约3.0eV)限制了其仅能响应紫外光(约占太阳光谱的5%),太阳能利用效率低。近年来,通过元素掺杂、异质结构筑和表面缺陷工程等改性策略,TiO₂的光响应范围已成功拓展至可见光区。北京中教金源科技有限公司的光解水评价系统为TiO₂基光催化剂的性能评价提供标准化平台。
2022-2025@北京中教金源科技有限公司 版权所有 京公安网备11010602007561        京ICP备10039872号

扫码添加客服

服务热线

010-63716865

扫一扫,了解更多