可见光区光催化分解水制氢的研究进展

介绍了光催化分解水的基本原理,综述了近年来各种类型的半导体光催化剂在可见光区分解水制氢的研究进展,并对未来的发展方向进行了展望。     

硫化氢光催化分解制氢

重点阐述了在半导体催化剂作用下,光催化分解硫化氢制氢工艺的催化机理、催化剂的设计与制备方法以及光催化分解硫化氢制氢的工艺过程.     

等离激元技术发展现状和前景展望

建设生态文明是中华民族永续发展的千年大计~[1],坚持绿色发展是发展观的一场深刻革命~[2]。能源行业是实现碳达峰碳中和的重点领域,作为国民经济的基础产业和战略性产业,能源产业迫切需要绿色低碳转型。本文以创新驱动绿色低碳高质量发展为主题,以兼顾碳达峰碳中和战略与能源安全为目标,做好新能源的增量发展和传统高碳排放产业减量控制的同时,利用颠覆性技术大力发展绿色低碳能源。包括促进碳循环,实现二氧化碳资源化循环利用,变废为宝,“治碳制能”“光合制氢”,以推动能源绿色低碳高质量发展,不断满足我国经济社会和人民群众日益增长的美好生活的需要,以中国式现代化全面推进强国建设、民族复兴伟业提供有力支撑。     

太阳能光催化分解水制氢体系能量转换效率及量子产率的实验测定与计算

对太阳能光催化分解水制氢体系的阈值能、太阳能转换效率以及太阳能转化成可储存的化学能效率进行了阐述;建立了一种利用已知量子产率的化学光量计测定光子数绝对值的实验方法,并使用该方法对太阳能光催化分解水制氢体系的能量转换效率及产氢的量子产率进行了计算。     

光催化法对分解硫化氢制氢的影响

文中采用波长为253.7 nm的紫外光为光源,以Na2S/Na2SO3混合水溶液作为反应介质,采用不同种的光催化剂进行紫外光液相分解硫化氢(H2S)制氢反应。考察了不同种紫外响应的光催化剂对产氢的影响、TiO2-P25光催化剂、TiO2-P25光催化剂加入量、焙烧温度对ZnO光催化剂活性对产氢的影响。研究结果表明,加入光催化剂有助于反应的进行,使反应的产氢量有所提高,不同的光催化剂对分解硫化氢制氢的影响不同;TiO2-P25光催化剂其分解Na2S溶液与紫外光子激发HS-有协同作用;250 mL 0.1 mol/L Na2S水溶液中最佳催化剂用量为0.05 g;不同焙烧温度下制得的ZnO光催化剂对反应体系的产氢速率影响较大,随着焙烧温度的提高,反应的产氢速率也相应提高。     

LSPR效应增强的太阳能光热化学分解水制氢

制备大小2种尺寸Au负载的TiO2样品(分别记为LAuP25和SAuP25)用于太阳能光热化学循环分解水.全光谱下LAuP25和SAuP25的氢气产量分别为9.90和12.60μmol/g,可见光下产量分别为3.91和1.15μmol/g.通过透射电子显微镜(TEM)、X射线能量色散谱(EDS)和X射线衍射技术(XRD...     

太阳能光电化学电池分解水制氢

1972年，日本本多健一等人利用n型二氧化钛半导体电极作阳极，而以铂黑作阴极，制成太阳能光电化学电池，在太阳光照射下，阴极产生氢气，阳极产生氧气，两电极用导线连接便有电流通过，即光电化学电池在太阳光的照射下同时实现了分解水制氢、制氧和获得电能。这一实验结果引起世界各国科学家高度重视，     

TiO2纳米管限域Fe2O3的可见光分解水制氢性能

通过真空−超声辅助的等体积浸渍法制备了TiO2纳米管限域Fe2O3催化剂,考察了其可见光分解水制氢性能。由于TiO2纳米管的限域效应,导致Fe2O3颗粒减小,分散度提高,能隙增大,光生载流子得到有效分离,提高了其光解水制氢活性。     

N掺杂Ta2O5的制备及其光催化分解水制氢性能研究

通过对Ta2O5程序升温的氮化方法,制备了在可见区具有较强吸收的N掺杂Ta2O5光催化剂,并采用X射线衍射(XRD)、UV-Vis漫反射光谱、X射线荧光(XRF)、扫描电镜(SEM)等化学物理手段对其进行了表征,其吸收阈约为630nm,带隙约为2.0eV。在乙醇和Na2S-Na2SO3牺牲剂体系中,研究了N掺杂Ta2O5催化剂的可见光催化分解水制氢性能,并考察了采用光还原法在N掺杂Ta2O5表面上负载贵金属Ru对光催化剂的产氢活性影响,探讨了Ru的负载量与产氢速率的关系,结果表明在N掺杂Ta2O5表面上负载贵金属Ru可明显提高其产氢活性,Ru的最佳负载量约为0.1 wt.%。     

B、Cr共掺杂K2La2Ti3O10光催化分解水制氢的性能

采用溶胶-凝胶法制备了B、Cr单独掺杂和共掺杂K2La2Ti3O10光催化剂,以CH3OH为牺牲试剂,500W氙灯辐射下进行光催化分解水反应,通过检测产氢量评价催化剂的催化性能,并通过XRD、UV-Vis漫反射吸收光谱(DRS)、XPS等技术对其进行表征.结果表明,Cr掺杂K2La2Ti3O10扩大了光谱吸收范围,吸收光红移至可见光区(λ＞400hm),光催化制氢活性显著提高.B、Cr共掺杂K2La2Ti3O10,共掺杂离子表现出良好的协同作用,进一步加强了对可见光的响应,降低了K2La2Ti3O10表面的晶格氧含量,有利于抑制光生电子-空穴对的再复合,从而大大提高了光催化分解水制氢活性.     

In-Depth Energy and Irreversibility Analysis in the Solar Driven Two-Step Thermochemical Water Splitting Cycle for Hydrogen Production

Hydrogen production via a two-step thermochemical cycle based on solar energy has attracted increasing attention. However, the severe irreversible loss causes the low efficiency. To make sense of the irreversibility, an in-depth thermodynamic model for the solar driven two-step thermochemical cycles is proposed. Different from previous literatures solely focusing on the energy loss and irreversibility of devices, this work decouples a complex energy conversion process in three sub-processes, i.e...     

Optimization of Solar Hydrogen Systems Based on Hydrogen Production Cost

Hydrogen is regarded as a potential future energy carrier. It can be produced by the electrolysis of water with the required power supplied by a photovoltaic module. The hydrogen in this study was produced using a hydrogen generator with a solid polymer electrolyte. The required power was supplied by a photovoltaic module rated at 3.4 V, 27.45 A. The experimental system was designed and constructed so that the photovoltaic module was directly coupled to the hydrogen generator. The system characteristics: quantity of hydrogen produced, current/voltage output characteristics of the PV module, PV module and H₂ generator temperatures were measured and analyzed. A method to design a solar hydrogen energy system, providing the most cost effective hydrogen generation, was developed. In this method, the design point is chosen based on the irradiance during system operation under rated capacity. The data supplied by the experimental system clearly showed the importance of considering the ratio of photovoltaic module cost to hydrogen generator cost when designing an optimum solar hydrogen system.     

电解水制氢在电厂和氢能项目的设计应用

  目的  电解水制氢技术已普遍应用于燃煤电厂、燃气电厂和核电厂,也将更多地应用于可再生能源发电厂配套的氢能项目,有必要对制氢系统设计方案进行探讨。  方法  以某燃煤电厂和风力发电及太阳光伏发电厂配套氢能项目为例,依据相关标准规范的设计规定,阐述了相应的电解水制氢系统设计方案。  结果  碱性电解水制氢技术成熟、安全可靠,能为电厂氢冷发电机、加氢站和氢气用户持续提供满足纯度、湿度要求的氢气。  结论  文章旨在为更多电厂和氢能项目电解水制氢系统的设计提供可参考的方案。     

光伏耦合电解水制氢系统的建模与仿真

目的  提出了一种光伏耦合电解水制氢系统建模的方式,特别是单独搭建了电解槽模块,目的是为了解决电解槽仿真模块与其他系统仿真模块模拟信号不统一和无法联动的问题。电解槽是光伏耦合电解水制氢系统中的关键设备,以往对于电解槽的模型仿真多是基于电化学理论基础,利用信号模型方式建立,这使电解槽与其他电力组件连接时产生了信号传递方式不统一、建模复杂等问题。 方法  为了解决这一问题,提出了利用等效电阻模拟电解槽电气外特性的方法。通过对已知电解槽的工作特性曲线拟合,得到了电解槽工作电流与阻抗的关系式。电解槽等效电阻的信息继承自拟合曲线,并作为负载接入到系统当中。当系统电源产生波动时,电解槽仿真模块可根据系统工况调节负载大小,做到与系统电源联动。 结果  仿真结果表明：所搭建的光伏耦合电解水制氢系统可以根据输入光照信息,准确预测产氢量,并可随光伏电源波动调整负载大小,拟合结果残差值≤±0.2。 结论  此方法简化了光伏耦合电解水制氢仿真系统,统一了仿真信号,并且形成了模块化的仿真组件,方便系统的扩展。仿真输出结果符合电解槽运行实际,达到了预期目标,证明了本仿真方法的可行性。     

生物制氢和氢能发电

本文阐述了光发酵生物制氢技术和厌氧发酵生物制氢技术制氢的机理以及光合–发酵杂交技术的优势。采用生物制氢技术有利于减少环境污染,节约不可再生能源,应该成为未来能源制备技术的发展方向。随着氢能规模化、工业化生产,借助于氢的输送成本低,损失小的输电优势。氢与燃料电池相结合可提供一种高效、清洁、无传动部件、无噪声的发电技术。氢能发电技术将不断发展和日趋成熟并逐步获得广泛应用。     

Comparison of Conventional Flat-Plate Solar Collector and Solar Boosted Heat Pump Using Unglazed Collector for Hot Water Production in Small Slaughterhouse

This study presents simulated results of solar water heating systems in a small slaughterhouse using two techniques. The first one is a normal solar water heating system using a flat-plate solar collector and the second one uses a solar-boosted heat pump system having a corrugated metal sheet roof as a solar collector. The number of solar collector units is between 1 and 5, and the volume of water in a storage tank is 300–1200 L. The heat pump in this work uses refrigerant mixture R22:R124:R152a of 20%:57%:23% as the working fluid. The weather conditions of Chiang Mai, Thailand, are taken as the input data. In the case of the normal solar water heating system, the shortest payback periods for 300, 600, 900, and 1200 L water are 3.63, 3.12, 2.95, and 2.82 yr, respectively. The suitable number of collectors for 300 L water is 1 unit with 600–900 L water storage; 2 units of collectors is suitable in the case of 1200 L water, and 3 units of collectors gives the shortest payback period. However, in the case of a solar heat pump system, the suitable payback periods for 300, 600, 900, and 1200 L water are 2.74, 1.79, 1.83, and 1.88 yr, respectively. In our case, 1 unit of this collector gives the shortest payback period.     

太阳能热水器

１太阳热水器的基本原理太阳热水器就是利用温室原理，把太阳能转变为热能，并向水传递热量，从而获得热水的一种装置。所谓温室原理就是指由于对流、辐射损失减少，使热量聚积，温度逐渐升高的一种自然现象。具体来说，太阳光透过玻璃进入密封的集热器内，大部分能量被集热器内的黑色吸收体吸收，然后将热量传给冷水，冷水加热后重量变轻，自动流入水箱上部，水箱下部的冷水由于密度大而自动流入吸热体继续获得热量，周而复始，水箱内的全部冷水将被加热。太阳热水器通常由集热器、蓄热水箱、循环连接管道、支架及其辅助零部件组成。若是集…     

Solar Water Heating

This paper summarises one of the four final report titles published under CEC contract NO ES-A-P-009-UK(N), “Performance Monitoring of Solar Heating Systems in Dwellings (Part II)”.

The report described here contains measured monthly performance data from monitored solar water heating projects located in member countries of the European Community. Reported performance figures range from 400 to 1,200 MJm^? 2 p.a. (100 to 300 kWh/m² p.a.), which represents 10 to 30% of global radiation incident on the collectors. It is suggested that an annual performance of 1,000 to 1,400 MJm^? 2 p.a. is realistic as a performance target for better optimised systems.     

水电解制氢技术的进展及其在煤制甲醇中的应用

介绍了水电解制氢的传统工艺和水电解制氢研究开发动态和发展趋势,展示了太阳能光解水制氢和太阳能光催化水解制氢的研究进展。重点提出了水电解制氢在煤炭气化制甲醇工艺中的应用。介绍了煤气化配水电解氢制甲醇的基本原理,提出了水电解生产流程,并进一步提出了此工艺的工程设想,建议采用壳牌煤气化工艺（SCGP）配水电解氢合成甲醇联产流程,其优点是可实现煤炭中碳元素组分的充分利用,免去传统甲醇工艺中大量的CO2排放。最后建议对该创新工艺设想进行循序渐进的开发,以尽快实现工业化推广应用。