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一種led光解水制氫一體裝置
發(fā)布時(shí)間：2022-11-14 瀏覽量：1579
目前人類社會(huì)面臨化石燃料日益枯竭和環(huán)境污染兩大世界難題，因此開(kāi)發(fā)新型可持續(xù)的清潔能源尤為重要。太陽(yáng)能光催化分解水是指利用光催化材料在光能驅(qū)動(dòng)下將水分解為氫氣氧氣的過(guò)程。光解水能得到清潔的可再生氫能源，是有效解決能源及環(huán)境污染問(wèn)題的理想途徑之一。目前主要研究光催化材料以半導(dǎo)體光催化劑為主，但是傳統(tǒng)的半導(dǎo)體光催化材料具有可見(jiàn)光吸收少、光生電荷易復(fù)合等問(wèn)題，導(dǎo)致太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化效率普遍不高。如何實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能的高效利用是該領(lǐng)域的一個(gè)技術(shù)難點(diǎn)。
我?；瘜W(xué)科學(xué)與工程學(xué)院徐曉翔教授課題組長(zhǎng)期致力于發(fā)展高效、經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定的可見(jiàn)光響應(yīng)的光催化材料。特別是對(duì)于鈣鈦礦材料有著較為深刻的研究。近日，該課題組報(bào)道了一種新型二維鈣鈦礦材料La/N摻雜的Sr2TiO4在可見(jiàn)光激發(fā)下實(shí)現(xiàn)了分解水制氫和制氧反應(yīng)，并且在模擬自然光條件下實(shí)現(xiàn)了全分解水。理論計(jì)算表明層狀Sr2TiO4材料具有各向異性，電子被限制在TiO6八面體層，而層間的電荷傳輸被禁止了。因此每層鈣鈦礦可以作為獨(dú)立的單元參與光催化反應(yīng)，減弱了電子空穴的符合幾率。但其具有較寬的帶隙結(jié)構(gòu)，限制了該材料對(duì)于太陽(yáng)光的利用。在此結(jié)構(gòu)中引入La和N元素可以有效的增加其可見(jiàn)光響應(yīng)（光吸收邊達(dá)到650納米）。日前，該研究成果以“Activating Layered Perovskite Compound Sr2TiO4 via La/N Codoping for Visible Light Photocatalytic Water Splitting”為題發(fā)表于國(guó)際知名期刊ACS catalysis上（DOI: 10.1021/acscatal.8b00369），該刊2017年的影響因子為10.6。博士生孫小琴為第一作者，徐曉翔教授、美國(guó)特拉華大學(xué)焦峰教授為共同通訊作者。
此外，在另一項(xiàng)基于Sr2TiO4光催化產(chǎn)氫研究中，徐曉翔教授和碩士研究生張紅發(fā)現(xiàn)了La/Fe摻雜可以拓展Sr2TiO4的可見(jiàn)光吸收范圍，有效實(shí)現(xiàn)了可見(jiàn)光產(chǎn)氫的效果，該研究成果以“Ruddlesden-Popper compound Sr2TiO4 co-doped with La and Fe for efficient photocatalytic hydrogen production”為題發(fā)表在催化類主流期刊《Journal of Catalysis》上(DOI: org/10.1016/j.jcat.2017.12.031).
上述研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金青年基金（21401142）等項(xiàng)目的支持。