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光解水催(cuī)化劑效(xiào)率接(jiē)近100%,是如何實現的?
發布時間:2020-11-10    瀏覽量:7911

  80年代(dài)末,國(guó)際上(shàng)出現了光(guāng)解海水製氫的方法,以激(jī)光誘導MOCVD製膜技術有所突破,製成新型(xíng)的金(jīn)屬/半導(dǎo)體(tǐ)/金屬氧化物光電化學膜(mó),用此種膜作為海水電解的隔膜,能使海水分離(lí)製得氫和氧,其電(diàn)耗低,轉換效率已達10%左右,此方法已引起各國科學(xué)家的關注。

  最近,日本的科(kē)研人(rén)員傳(chuán)來新消息,來自東京大學、信州(zhōu)大學的研究者發現了一種新的(de)催化劑,用光分(fèn)解水的效(xiào)率(EQE)高達96%。

  96%效率意味著什麽?

  研究表明,如果太陽光催化分解水的效(xiào)率達(dá)到10%,就能具備經濟上的競爭力。但是,光催化半導體(tǐ)的轉換效率通常遠低於(yú)10%。這(zhè)是因(yīn)為光(guāng)催化過(guò)程非常(cháng)複雜,並且要求半導體顆粒具有多種特性的組合。

  一方麵是對光催化(huà)設(shè)備的要求比較高,香蕉视频污视频(yuán)發(fā)布CEL-PE300-4A方斑氙燈光源,采(cǎi)用PerkinElmer300W燈泡(pào),實現了正方形光(guāng)斑輸出(20*20mm-100*100mm),具備聚光調焦功能,尤其在氣固催化、光電催化、光化學、光催化應用領域有更好的(de)應用。

  其二是要實現高效率(lǜ)地光解水,催化劑的要求同樣重要,需要(yào)做到以下幾步(bù):

  吸收光;

  產(chǎn)生並分離電子-空穴對;

  使空穴和電(diàn)子(zǐ)傳播到催化(huà)劑與水(shuǐ)的交界麵;

  從水中催(cuī)化產生氫和氧(yǎng)。

  以上(shàng)每個步驟中可能發生的副反應(yīng)都(dōu)有可能降低整體的轉換效率,為了衡量催化劑光(guāng)解效率,科學家們定義了2個物理量:內部量子效(xiào)率(IQE)和外部量子效率(EQE)。

  如果(guǒ)水(shuǐ)吸收的光子全部用(yòng)來分解水,那麽IQE=100%。

  但是IQE很難直接測量,這時候就要用到EQE。EQE是指照射反應容(róng)器的光(guāng)子的效率。

  水(shuǐ)分子裏有兩個氫氧鍵,光分解就是用光子切(qiē)斷這兩個化學鍵。

  如果效率達到100%,那麽隻要兩個光子就(jiù)能切斷兩個氫氧鍵,產生一個氫分子(H2)。

  所以EQE的定義為產生的(de)氫原子數量(也就是氫分子數量2倍)與照射光子數量的比值(zhí):

  EQE一般低於IQE,不難想象,照射反應(yīng)容器的光不一定全被水吸收,還會有一部分損耗。而日(rì)本科學家做到了EQE≈96%,證明了(le)IQE接近100%,被水吸收的光子幾乎沒有(yǒu)浪費,全(quán)部被用來(lái)分解水分子了。

  光解水的(de)研究(jiū)是一項艱巨的(de)工(gōng)作,雖然(rán)近期取得了一些進展,但是還有很多工作需要進一步研究,如研製具有特殊結構的新型光催(cuī)化劑、新型的光催化反應體係,對提高光催化性劑性能的方(fāng)法進行更加(jiā)深的研究等,這些都是今後光解水的研究(jiū)重點。

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