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  • 新的纳米材料可以在阳光下分解水获得氢气
    发布时间:2020-06-30 13:26:55 浏览:91次

      东京理工大学TokyoInstituteofTechnology的科学家研制了一种由金属氧化物纳米芯片和光吸收分子组成的杂化材料,用于在阳光下分解水分子获得氢气(H2)。由于H2可以作为无碳燃料,本研究为清洁能源的产生提供了相关的启示。

      随着化石燃料的枯竭及其燃烧带来的环境问题,清洁能源发电技术的发展已成为全球关注的焦点。在所提出的各种清洁能源发电方法中,光催化水分解法显示出巨大的应用前景。这种方法利用太阳能分解水分子得到氢(H2)。然后H2可以用作无碳燃料或作为生产许多重要化学品的原料。

      现在,由东京理工大学KazuhikoMaeda领导的研究小组已经开发出一种由纳米级金属氧化物片和钌染料分子组成的光催化剂,其工作机理与染料敏化太阳能电池类似。从光催化水分解成H2和O2的金属氧化物具有宽的带隙,而染料敏化的氧化物可以利用太阳光中的可见光。新的光催化剂能从水中产生H2,其周转频率为每小时1960次,外量子产率为2.4%。

      这些结果是可见光下染料敏化光催化剂的最高记录,使Maeda团队更接近于人工光合作用的目标。

      此新材料发布于《Journal of the American Chemical Society》,他是由高比表面积的铌酸钙纳米片(HCa2Nb3O10)和铂Pt纳米团簇组成的H2演化位点。然而铂改性纳米晶片不能单独工作,因为他们不能吸收太阳光。因此太阳驱动的H2沉淀是由可见光吸收的钌染料分子与纳米芯片结合而成的。

      材料的效率是由于使用了纳米芯片,可以通过化学剥离片状HCa2Nb3O10获得纳米芯片。纳米芯片最大限度具有较高的比表面积和结构柔韧性,增加了染料负载量和H2分离位点的密度,从而提高了H2的沉淀效率。同时,为了优化性能,Maed团队还用非晶氧化铝对纳米片进行了改性,对提高电子的传输效率起到了重要作用?!癕aeda说:电子是染料敏化H2沉淀的主要步骤,Maeda在反应过程中,氧化铝对纳米片的改性首次促进了染料的再生,”?!俺て谝岳?,人们一直认为染料敏化光催化剂很难在可见光下通过水的整体分解有效地分离H2,我们的研究结果清楚地表明,确实有可能使用设计良好的分子纳米材料混合物。"

      进一步优化混合动力光催化剂的设计,提高其使用效率和长期耐久性。

      该文转载自百家号,论文的标题是《An Artificial Z-Scheme Constructed from Dye-Sensitized Metal Oxide Nanosheets for Visible Light-Driven Overall Water Splitting》。


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