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中教金源助力----全光譜太陽能光熱化學利用研究取得新進展
發(fā)布時間：2019-08-27 瀏覽量：5998
北京中教金源科技有限公司是以實驗儀器研發(fā)和生產(chǎn)的高新技術企業(yè)、中關村高新技術企業(yè)，與全國各高校研究所建立了長久緊密的合作關系。公司自成立以來，研究人員采用中教金源的儀器設備，在科研上取得了很大的進展！
近期中國科學院工程熱物理研究所應用中教金源的光催化系統(tǒng)在全光譜太陽能光熱化學利用研究取得新進展，中教金源在此表示熱烈的祝賀！
以下內(nèi)容摘自中國科學院工程熱物理研究所科研進展版塊
利用太陽能制取氫氣、醇類、氨、烴類等燃料是可再生能源領域的重要研究方向，也是中科院“液態(tài)陽光”倡議的主要內(nèi)容。光熱復合催化是近年來新興的太陽能-燃料轉(zhuǎn)化方式，指熱能、光能協(xié)同作用下的催化反應，其相對于熱化學反應具有溫度低的優(yōu)勢，相對于光化學反應具有速率加快的優(yōu)點，近年來逐漸成為美國、日本、歐盟等國的研究熱點。在當前的光熱復合催化研究中，主要通過在非聚光的半導體光催化反應中引入電加熱，觀察反應路徑、選擇性和產(chǎn)率的變化規(guī)律。在分解CO2和水制碳氫燃料方面，相比于室溫下的光催化反應，光熱復合催化可提高20-40倍反應速率；相比于單純太陽能熱化學，可將反應溫度從高于1200℃降低到200-400℃。然而，電加熱的光催化反應仍存在以下問題：（1）非聚光太陽能反應器面積較大，電加熱溫度場與光場難以協(xié)同；（2）在太陽能聚光反應器上，輸入的光能和熱能均具有較高能流密度，常規(guī)光催化劑不能對其進行有效利用。
針對上述問題，工程熱物理研究所分布式供能與可再生能源實驗室設計提出了全光譜太陽能聚光光熱復合催化反應器，如圖1所示。與以往電加熱光催化反應不同，該反應器直接通過氙燈模擬5-30倍聚焦太陽光，照射進反應器內(nèi)的液固或氣固反應床上。反應床內(nèi)的納米光熱催化劑可將聚光太陽能同時、同地轉(zhuǎn)化為光生載流子和熱聲子，促進了溫度場和光場的協(xié)同，不需電加熱維持反應溫度。該反應器具有提升光熱復合反應速率和太陽能-燃料效率的潛力。
在上述研究基礎上，進一步合成了具有光熱復合作用的等離激元金屬負載TiO2納米催化劑，并在15倍聚光比下開展了甲醇水重整制氫實驗研究。負載等離激元金屬的TiO2可利用280-780nm紫外-可見太陽光產(chǎn)生光生載流子。同時，紅外波段太陽光可在TiO2中激發(fā)熱聲子，在催化劑表面產(chǎn)生80-100℃局域熱能，活化反應物分子。實驗結(jié)果顯示，光熱復合產(chǎn)氫速率1120mL gcat-1 h-1，相比于只利用紫外光的半導體光催化體系提高了50倍；同等催化劑用量下，與太陽能熱化學體系的分解水產(chǎn)氫速率相近，而太陽聚光比有望降低20-30。經(jīng)過50h重復實驗，光熱復合催化劑的微觀形貌和催化活性保持穩(wěn)定。
上述工作得到了國家自然科學基金和中國科學院前沿科學重點研究項目的支持，相關研究成果為基于太陽能燃料的可再生能源系統(tǒng)研發(fā)提供了一條新的途徑。
