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    公司簡介

    太陽能制氫技術的效率顯著提高

    發布時間:2021-05-12 點擊量:576
    將陽光轉化為氫氣似乎是解決世界能源挑戰的理想方法。這一過程不直接涉及化石燃料或產生任何溫室氣體排放。由此產生的氫氣可以為車輛、輪船和火車上的燃料電池系統提供動力;它可以供給電網,也可以用來制造化學品和鋼鐵。不過,目前,清潔能源的愿景主要存在于實驗室。
    最近,日本研究人員表示,他們在利用太陽能制造大量氫氣方面邁出了重要一步。長野信州大學(Shinshu University in Nagano)的研究小組研究吸收光的材料來分解水中的氫和氧分子?,F在他們已經開發出一種兩步法,這種方法在光催化反應中產生氫氣的效率大大提高。
    研究人員從氮氧化鉭鋇(BaTaO2N)開始,這是一種半導體材料,可以吸收高達650納米的光(紅色橙色端的可見波長)。這種粉末狀物質作為光催化劑,利用太陽能來驅動反應。他們還用甲醇水溶液代替水,這使得他們只關注氫成分,減少了反應的復雜性。
    BaTaO2N本身很難從溶液中“析出”氫氣。因此,使用他們的新方法,研究團隊用鉑基助催化劑“裝載”粉末顆粒,以提高化學活性。
    結果,根據他們在《自然通訊》雜志上發表的論文顯示,這種材料釋放氫氣的效率比用傳統方法裝載鉑的BaTaO2N高出100倍。
    這項研究的合著者Takashi Hisatomi表示,這一結果在這一研究領域是一個“了不起的發現”。Hisatomi是日本長野信州的超材料研究計劃的教授,他研究BaTaO2N已有近十年的歷史?!斑@對我個人來說是非常令人興奮的,”他說,“這是100倍的進步?!?br /> 太陽能專家稱,更容易或更有效地制造氫氣的努力是“圣杯之旅(Holy Grail quest)”。當用在燃料電池驅動的汽車或建筑中時,這種無味的氣體不會產生排放物或空氣污染,只產生一點點熱量和水。然而,現在幾乎所有的氫氣都是通過使用天然氣的工業過程制造的,天然氣最終會將更多的排放物注入大氣。少數設施可以利用可再生電力分解水分子來制造“綠色”氫氣,但這一過程本身是能源密集型的。如果科學家能直接從太陽能量中提取氫氣,他們就可以繞過這一昂貴的步驟。
    在比利時,Katholieke Universiteit Leuven的一個團隊正在開發太陽能電池板,它可以收集空氣中的水分,然后利用化學和生物成分直接在表面分解水分。研究人員設想將這些面板放在房屋頂部,讓人們用現場制造的氫氣為家里供暖。另外,以色列和意大利科學家正在推進從太陽能到化學能轉換中提取盡可能多氫氣的方法。這個國際組織已經開發出棒狀納米顆粒,頂端有鉑球,可以防止氫和氧在分子分離后重新結合。
    在信州,研究人員試圖通過沉積鉑基共催化劑來提高BaTaO2N光催化劑的效率。但Hisatomi說,傳統的方法一開始并不有效。
    例如,在浸漬還原過程中,表面填充含有金屬前體的溶液,然后經受高溫,高溫蒸發溶劑并留下金屬催化劑。當Shinshu團隊在BaTaO2N顆粒上應用鉑微粒時,這些微粒趨向于聚集,從而限制了材料之間的電子相互作用。另一種稱為光沉積的方法,導致BaTaO2N和共催化劑之間的接觸較弱,從而削弱了相互作用。
    所以研究人員將這兩種方法結合起來。首先,他們用浸漬還原法只沉積了少量的共催化劑,這就阻止了顆粒的聚集。然后,他們用光沉積法涂上第二層;這一次,微粒生長在第一步種植的廣泛散布的“種子”上。Zheng Wang和Ying Luo分別在Kazunari Domen和Katsuya Teshima的監督下進行了調查。
    盡管這項研究涉及的是甲醇水溶液,而不是水,但研究小組證實,當與另一種驅動析氧過程的光催化劑結合時,新開發的載鉑BaTaO2N能比早期的BaTaO2N更有效地分解水中的氫和氧分子。
    Hisatomi說,研究小組正在考慮在板式反應器上印刷這種粉末狀光催化劑。他和他的同事已經用另一種材料,摻鋁鈦酸鍶(SrTiO3)制造了這樣的裝置,這種材料的晶體結構與BaTaO2N相同,但吸收不同波長的光。1平方米的平板反應堆充滿了1毫米深的水層。當暴露在陽光下時,化學反應迅速釋放出氣泡。一項相關的研究工作旨在開發出能保持氫和氧氣泡分離的膜。盡管如此,盡管效率提高了100倍,但BaTaO2N還沒有為黃金時段的制氫做好準備。

    Hisatomi說:“我們仍然需要在提高效率方面有一個類似的飛躍,以使這項技術切實有用?!?隨著研究人員不斷改進光催化劑,他們也將開始將兩步法應用于其他類型的材料?!拔覀儾恢滥姆N材料最終會成為最好的,”他補充說。

    轉載:互聯網

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