自20世紀(jì)70年代以來,利用陽光將水分解,從而將太陽能轉(zhuǎn)換為清潔可再生的氫氣燃料成為人們關(guān)注的焦點。太陽能是取之不盡用之不竭的能源,而海水是地球上最豐富且易獲取的自然資源,利用光電催化海水分解制氫成為目前解決實際能源問題和緩解淡水資源短缺的理想途徑之一。本文總結(jié)了目前為止探索過光電催化分解海水制取氫氣的研究工作,對研究內(nèi)容和機(jī)理進(jìn)行了梳理分析,并對光電催化海水制氫這一領(lǐng)域進(jìn)行了展望。 

【文章來源】：化學(xué)進(jìn)展. 2020,32(09)北大核心SCICSCD

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【部分圖文】：

光電催化工作原理模型圖[13]

2018年Kim等[22]報道了“三系統(tǒng)”間接光電催化海水制氫,“三系統(tǒng)”還具有淡化海水和降解污水(尿素)的功能。如圖3所示,中間系統(tǒng)為海水區(qū)域,海水中的Na+和Cl-會分別遷移到光陰極和光陽極,從而實現(xiàn)海水淡化的效果;左側(cè)為光陽極室,電極為TiO2納米棒簇,Cl-會在這里被氧化成活性氯物種(RCS),如:Cl 2 - 和HClO/ClO-,這些RCS進(jìn)行污水處理;右側(cè)為光陰極室,Pt電極,K2SO4充當(dāng)電解液,隨著Na+的進(jìn)入,光陰極室中的電導(dǎo)率增加,加速電荷運動,從而間接地催化海水分解制氫。在AM 1.5 G照射下,外加0.5 V vs SEC電壓,光生電流為2.3 mA·cm-2。圖4 In2S3/ANP/RND結(jié)構(gòu)圖[17]

圖3 “三系統(tǒng)”結(jié)構(gòu)圖[22]2018年Yang等[17]報道的電流密度排在第四位,他們合成了銳鈦礦納米顆粒(ANP)與樹突狀金紅石(RND)復(fù)合材料ANP/RND,材料之間形成異質(zhì)結(jié)。為了追求高性能,進(jìn)一步加快電荷轉(zhuǎn)移,他們在上述材料上沉積了一層In2S3,構(gòu)成了雙異質(zhì)結(jié)In2S3/ANP/RND作光陽極催化劑,如圖4所示。以海鹽溶液形成的人工海水作電解質(zhì),AM 1.5 G下,1.23 V vs RHE偏壓,光電催化模擬海水(紅海海鹽溶液)產(chǎn)生的電流密度為1.57 mA·cm-2,并且4 h內(nèi)電流密度保持恒定。


本文編號：3476542