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光解水技術(shù)的效率達(dá)100%，你信嗎？
發(fā)布時(shí)間：2021-08-24 瀏覽量：5729
光解水制氫技術(shù)始自1972年，隨著電極電解水向半導(dǎo)體光催化分解水制氫的多相光催化的演變和TiO2以外的光催化劑的相繼發(fā)現(xiàn)，興起了以光催化方法分解水制氫（簡稱光解水）的研究，并在光催化劑的合成、改性等方面取得較大進(jìn)展。
光解水的原理為：光輻射在半導(dǎo)體上，當(dāng)輻射的能量大于或相當(dāng)于半導(dǎo)體的禁帶寬度時(shí)，半導(dǎo)體內(nèi)電子受激發(fā)從價(jià)帶躍遷到導(dǎo)帶，而空穴則留在價(jià)帶，使電子和空穴發(fā)生分離，然后分別在半導(dǎo)體的不同位置將水還原成氫氣或者將水氧化成氧氣。
近日，來自日本信州大學(xué)KazuhikoSeki教授和東京大學(xué)KazunariDomen教授等的研究團(tuán)隊(duì)成功利用鋁摻雜鈦酸鍶（SrTiO3:Al）光催化劑，并且通過選擇性將兩種助催化劑Rh/Cr2O3、CoOOH引入到析氫反應(yīng)以及析氧反應(yīng)中，實(shí)現(xiàn)了在波長350-360nm的紫外光照射下，極高的光催化全解水的外量子效率，EQE高達(dá)96%，創(chuàng)下了光催化全解水的新紀(jì)錄。
在過去的光全分解水的研究中，外量子效率一直無法達(dá)到100%的一種重要原因就是電荷重組，即空穴與電子在未參與光解水過程之前，又重新結(jié)合在一起，這一過程嚴(yán)重降低了能量轉(zhuǎn)化效率。為了避免這一過程，研究團(tuán)隊(duì)采用了兩種手段：第一通過提高光催化劑粒子的結(jié)晶度，減少晶格缺陷。第二將少量鋁原子融入晶格中，減少晶格中的化學(xué)缺陷數(shù)量。此外，研究團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)，在鈦酸鍶SrTiO3晶體中，空穴和電子會(huì)聚集在不同的晶體面上，并且利用這一現(xiàn)象，采用逐步光沉積法，將合適的催化劑專門鏈接到反應(yīng)發(fā)生的位點(diǎn)，從而進(jìn)一步抑制了電荷復(fù)合。