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光解水制氫氫氣還原電位
發(fā)布時(shí)間：2022-11-07 瀏覽量：1817
光催化分解水制氫法在最近的研究報(bào)道中引起了極大的興趣，因?yàn)樗褂昧藘煞N最豐富的資源，清潔的，可再生的和我們隨手可得的自然能源。因此，光催化制氫被認(rèn)為是解決與化石燃料有關(guān)的過(guò)度利用、有限儲(chǔ)量和負(fù)面環(huán)境影響問(wèn)題的一種潛在解決方案。光催化分解水為氫和氧的潛在優(yōu)勢(shì)是具有經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益，因?yàn)樵撨^(guò)程使用太陽(yáng)能，以清潔的方式生產(chǎn)氫，沒有溫室氣體排放。
為了直接利用太陽(yáng)輻照進(jìn)行光催化水分解，必須在溶液中溶解能夠吸收太陽(yáng)輻射的光敏劑，因?yàn)樗旧韺?duì)可見光譜是透明的。
在光催化制氫過(guò)程中，需要能量大于光催化劑帶隙的光子來(lái)產(chǎn)生電子-空穴對(duì)用于分解水。能量小于光催化劑帶隙的光子不能產(chǎn)生這些電子-空穴對(duì)，因此，它們?cè)诠獯呋茪渲袥]有用。由于它們的能帶隙和水分解的要求，大多數(shù)催化劑只能利用太陽(yáng)光譜中高能部分的光子(只有紫外光和在某些情況下可見光譜的短波長(zhǎng)部分)。文獻(xiàn)中現(xiàn)有的大多數(shù)光催化劑只能利用到達(dá)地球大氣層的太陽(yáng)總照射量的4%左右。
為了更有效地利用太陽(yáng)光譜，必須能夠利用儲(chǔ)存在可見光部分的能量。因此，光催化分解水制氫研究的主要挑戰(zhàn)之一是發(fā)現(xiàn)廉價(jià)、活性、豐富、高效和穩(wěn)定的光催化劑，能夠同時(shí)利用太陽(yáng)光譜的可見光和紫外部分。光催化材料的要求包括在水電解質(zhì)溶液中的穩(wěn)定性和耐久性，具有競(jìng)爭(zhēng)力的成本，具有較少缺陷的更好的結(jié)晶度和優(yōu)良的導(dǎo)電性。
由合成方法和條件確定的結(jié)晶度和顆粒大小對(duì)光催化劑的光催化分解水的性能有顯著影響。在過(guò)去的幾十年里，人們對(duì)開發(fā)和合成新型光催化劑進(jìn)行了廣泛的研究，這些催化劑能夠利用太陽(yáng)能的紫外光譜和可見光光譜將水分解為氫和氧。通過(guò)直接光催化裂解水可以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模、清潔、相對(duì)低成本和高效的制氫。
光催化分解水的簡(jiǎn)單之處在于利用入射陽(yáng)光的溶液中的粒子從水中產(chǎn)生H2和O2。它可以提供一種清潔的、可再生的氫氣來(lái)源，而不會(huì)產(chǎn)生溫室氣體或?qū)Υ髿猱a(chǎn)生不利影響。在過(guò)去的研究中，有許多光催化劑在紫外線輻射下進(jìn)行了測(cè)試，其中一些材料具有很高的量子效率。然而，現(xiàn)有的光催化劑在水分解過(guò)程中往往效率低下。