太阳能水分解是产生清洁和可存储能源的一种有前途的手段

2019-10-14 17:31:34

太阳能水分解是产生清洁和可存储能源的一种有前途的手段。现已显示出一种基于半导体纳米粒子的新型催化剂,可促进“人工光合作用”所需的所有反应。

鉴于全球气候变化,迫切需要开发有效的方法来从可再生能源获取和存储电力。在这种情况下,将水光催化分解为氢燃料和氧气提供了一种特别有吸引力的方法。然而,模仿生物光合作用的这一过程的有效实施在技术上非常具有挑战性,因为它涉及到会相互干扰的过程的组合。

现在,由Jacek Stolarczyk博士和Jochen Feldmann教授领导的LMU物理学家与弗兰克·维尔斯纳教授率领的维尔茨堡大学化学家合作,成功地证明了水的完全分解是一种多合一的催化作用。系统第一次。他们的新研究发表在《自然能源》杂志上。

水分子的光催化分解的技术方法使用合成组分来模拟自然光合作用过程中发生的复杂过程。在这样的系统中,吸收光量子(光子)的半导体纳米颗粒原则上可以用作光催化剂。光子的吸收会产生带负电的粒子(电子)和带正电的物质,称为“空穴”,并且两者必须在空间上分开,这样水分子才能被电子还原为氢并被空穴氧化形成氧气。“如果只想从水中产生氢气,通常可以通过添加牺牲性化学试剂来快速去除孔眼,”斯托拉尔奇克说。“但是要实现完全的水分解,

具有空间分离的反应位点的纳米棒

“我们通过使用由半导体材料硫化镉制成的纳米棒解决了这个问题,并在空间上隔开了在这些纳米晶体上发生氧化和还原反应的区域,” Stolarczyk解释说。研究人员用铂的微小颗粒装饰了纳米棒的尖端,这些铂充当了受光吸收激发的电子的受体。如LMU组先前所显示的,这种配置提供了一种有效的光催化剂,用于将水还原为氢。另一方面,氧化反应发生在纳米棒的侧面。为此,LMU研究人员将Würthner团队开发的钌基氧化催化剂附着在侧面。该化合物具有将其锚定至纳米棒的官能团。”

该研究是跨学科项目“ Solar Technologies Go Hybrid”(SolTech)的一部分,该项目由巴伐利亚州资助。LMU的光子学和光电学系主任Jochen Feldmann教授说:“ SolTech的任务是探索将太阳能转化为非化石燃料的创新概念。” Würthner补充说:“新光催化系统的开发很好地说明了SolTech如何汇集不同学科和不同地点的专业知识。没有两个机构的化学家和物理学家之间的跨学科合作,该项目就不可能成功。”他与Feldmann一起于2012年创立了SolTech。

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