咨询热线:010-63716865

  当前位置 : 首页 > 资讯动态 > 相关技术 > 催化剂光解水原理-光解水制氢技术前沿及进展
点击返回新闻列表  
催化剂光解水原理-光解水制氢技术前沿及进展
发布时间:2022-10-31    浏览量:6334
1972年,日本学者Fujishima A和Honda K首次报道了TiO2单晶电极光解水产生氢气的实验研究,开辟了光解水制氢的新途径,通过太阳能光解水制氢也被认为是未来制取零碳氢气的最佳途径。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的研究,并在光催化剂合成、改性等方面取得了较大进展。伴随氢能发展日渐升温,美国、欧洲、日本和中国等国家和地区均在持续推动光解水制氢的技术研发。

光解水制氢原理

光解水又称为光催化分解水,可理解为一种人工光合作用。科学原理是半导体材料的光电效应——当入射光的能量大于等于半导体的能带(Band Gap)时,光能被吸收,价带(VB)电子跃迁到导带(CB),产生光生电子(e-)和空穴(h+)。电子和空穴迁移到材料表面,与水发生氧化还原反应,产生氧气和氢气。光分解水制氢主要包括3个过程,即光吸收、光生电荷迁移和表面氧化还原反应。


光解水能否工业化取决于太阳能到氢(solar-to-hydrogen, STH)能量转换效率。光解水分为三种技术路线,一是光催化分解水,利用纳米粒子悬浮体系制氢,该种方式成本较低、易于规模化放大,但STH效率偏低(约1%)。高效宽光谱响应的光催化剂、高效电荷分离策略、新型高效助催化剂以及气体分离新方法和新材料等是这一路线后续研究的关键问题;二是光电催化分解水,在一些典型的光阳极半导体材料 (BiVO4和Ta3N5等) 体系上STH效率已超过 2.0%;三是光伏-光电耦合体系,在三种途径里STH效率最高, 在多个实验体系上已超过 10% 以上。最新报道的利用多结 GaInP/GaAs/Ge 电池与Ni电催化剂耦合, 其STH效率可达到 22.4%,已达到工业化应用要求。但光伏电池成本 (尤其是多结 GaAs太阳电池) 极大限制了其大面积规模化应用, 因而也是当前成本最高的技术路线(约300-400元/kg)。


最新文章
氙灯光源与滤光片组合在光化学合成波长选择性研究中的应用
光化学合成利用光能激发分子或催化剂,实现传统热化学难以进行的反应。许多光化学反应对波长具有高度选择性,例如光敏剂的吸收峰、底物的激发波长等。氙灯光源提供连续光谱,配合不同滤光片可获得所需波段的照射光。北京中教金源科技有限公司提供多种滤光片及配套支架,助力研究者探索波长-反应活性关系。
氙灯光源在光催化反应中的光强衰减规律与校准方法
氙灯光源是光催化、光化学、光伏测试的常用设备。然而,氙灯在长期使用后光强会逐渐衰减,如果不及时校准,会导致实验数据漂移,不同时期的结果无法比较。北京中教金源科技有限公司的氙灯光源系统,提供光反馈技术和简易校准方法,确保输出光强长期稳定。
多通道催化剂评价装置在光催化CO₂还原催化剂高通量筛选中的应用
光催化CO₂还原制燃料是碳中和技术的重要方向,但催化剂性能受多种因素影响(半导体类型、助催化剂、负载量、制备方法),需大量实验优化。多通道催化剂评价装置可同时运行多个平行光反应器,大幅提高筛选效率。北京中教金源科技有限公司开发的6/8/16通道光催化评价系统,已用于金属有机框架(MOF)、金属氧化物、单原子催化剂等筛选。
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