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光解水制氫氫氣還原電位
發(fā)布時間：2022-11-07 瀏覽量：2973
光催化分解水制氫法在最近的研究報道中引起了極大的興趣，因為它使用了兩種最豐富的資源，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)的過度利用、有限儲量和負(fù)面環(huán)境影響問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)勢是具有經(jīng)濟和環(huán)境效益，因為該過程使用太陽能，以清潔的方式生產(chǎn)氫，沒有溫室氣體排放。
為了直接利用太陽輻照進行光催化水分解，必須在溶液中溶解能夠吸收太陽輻射的光敏劑，因為水本身對可見光譜是透明的。
在光催化制氫過程中，需要能量大于光催化劑帶隙的光子來產(chǎn)生電子-空穴對用于分解水。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，因此，它們在光催化制氫中沒有用。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部分)。文獻中現(xiàn)有的大多數(shù)光催化劑只能利用到達地球大氣層的太陽總照射量的4%左右。
為了更有效地利用太陽光譜，必須能夠利用儲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、活性、豐富、高效和穩(wěn)定的光催化劑，能夠同時利用太陽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，具有競爭力的成本，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)晶度和顆粒大小對光催化劑的光催化分解水的性能有顯著影響。在過去的幾十年里，人們對開發(fā)和合成新型光催化劑進行了廣泛的研究，這些催化劑能夠利用太陽能的紫外光譜和可見光光譜將水分解為氫和氧。通過直接光催化裂解水可以實現(xiàn)大規(guī)模、清潔、相對低成本和高效的制氫。
光催化分解水的簡單之處在于利用入射陽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、可再生的氫氣來源，而不會產(chǎn)生溫室氣體或?qū)Υ髿猱a(chǎn)生不利影響。在過去的研究中，有許多光催化劑在紫外線輻射下進行了測試，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程中往往效率低下。