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太陽能驅動光解水製氫新突破

2026-04-12 01:20:215130

據中國教育和科研計算機網站報道：近日羅和安教授領導的湘潭大學化工過程模擬與強化國家/地方聯合工程研究中心光催化技術課題組，取得太陽能驅動TiO2光解水製氫研究新突破。相關結果近期發表在英國皇家化學會主辦的《能源與環境科學》(Energy & Environmental Science)上(Energy Environ. Sci., 2014, 7: 1700，Caixian Zhao，Hean Luo，Feng Chen，et al.)。氫(qing)能(neng)是(shi)環(huan)境(jing)友(you)好(hao)的(de)清(qing)潔(jie)能(neng)源(yuan)。利(li)用(yong)太(tai)陽(yang)能(neng)驅(qu)動(dong)水(shui)分(fen)解(jie)大(da)規(gui)模(mo)製(zhi)取(qu)氫(qing)氣(qi)，不(bu)但(dan)有(you)望(wang)緩(huan)和(he)當(dang)今(jin)社(she)會(hui)日(ri)益(yi)嚴(yan)重(zhong)的(de)能(neng)源(yuan)緊(jin)張(zhang)形(xing)勢(shi)，同(tong)時(shi)也(ye)有(you)可(ke)能(neng)從(cong)根(gen)本(ben)上(shang)消(xiao)除(chu)環(huan)境(jing)汙(wu)染(ran)，被(bei)譽(yu)為(wei)是(shi)化(hua)學(xue)的(de)“聖杯”。實現這一反應的關鍵是研發既能有效捕獲太陽光，又能高效驅動水分解反應的光催化劑。 TiO₂是研究最為廣泛的半導體光催化材料之一。但受禁阻能帶寬、量子效率低兩大因素製約，太陽能驅動TiO₂光解水產氫的效率目前仍然較低。本工作基於“利用光生電荷體相遷移距離短的 TiO₂基體及均勻碳包覆的良好協同效應促進光生電荷分離”的思想，設計和製備了“C/TiO₂/C”納米管複合光催化劑 (CTCNT)，將太陽能驅動TiO₂基光催化劑的最高產氫效率提高了約 3倍。研究發現： CTCNT具有優異的促進光生電荷分離、抑製電荷複合的能力，紫外區表觀量子率高於95%。並且，CTCNT也具有較好的可見、近紅外光響應活性，最小能隙約0.86 eV。在1個太陽強度的模擬太陽光輻照下，光解水產氫速率達到37.6 mmol/h/gcuihuaji。liyonggaiguangcuihuajiyanghuajiangjieduozhongwuranwu，tongyangfaxianqijuyouyouyidetaiyangnengqudongguangcuihuafanyinghuoxing，jinyibuquerenleguangshengdianhetixiangqianyijuliduandeTiO₂基體及均勻碳包覆的良好協同促進光催化反應機製，從而為理性設計高效太陽能驅動半導體基光催化劑提供了一種新的策略。