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《太阳能材料和太阳能电池》:新材料利用光催化分解水分子制造氢气

CHEN

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来自法国国家科学研究所(INRS)和法国化学与能源、环境与健康过程研究所(ICPEES)的研究人员已经开发了新的太阳光光敏纳米结构电极,研究结果已发表在《太阳能材料和太阳能电池》(Solar Energy Materials and Solar Cells)杂志上。

长期以来,人们一直用电解的方法将水分子分解成氧和氢。工业电解槽的能源消耗非常大,需要大量资金支持。

INRS和ICPEES的研究人员受到了光合作用的启发,开发出了特殊设计和结构的电极,可以在阳光下分解水分子。这个过程被称为光催化。

为了最大限度地利用太阳能,研究小组选择了一种非常丰富和化学稳定的材料:二氧化钛(TiO2)。TiO2是一种半导体,因其对紫外线的光敏性而闻名,而紫外线仅占太阳辐照度的5%。

研究人员首先改变了TiO2的原子组成,并将其光敏性扩展到可见光。他们能够制造出能够吸收太阳发出的50%光的电极。

研究人员随后继续研究电极的纳米结构,形成了一个类似蜂巢结构的二氧化钛纳米管网络。这种方法使电极的有效表面积增加了10万倍或更多。

电极加工的最后一步是“纳米装饰”。这一过程包括将催化剂纳米粒子沉积在二氧化钛纳米管的无限网络上,以提高其制氢效率。为了实现这一步骤,研究人员使用了激光烧蚀沉积技术。

他们的研究确定了钴氧化物(CoO)作为分解水分子的有效助催化剂。两种材料的比较表明,在可见光下,与裸纳米管相比,CoO纳米颗粒使这些新型纳米修饰电极的光催化效率提高了十倍。

编译/前瞻经济学人APP资讯组

论文链接:

https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0927024820303020


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