化学所在石墨烯电催化分解水析氢领域取得新进展

正电催化分解水制氢是减少环境污染及实现可再生清洁能源的重要途径。开发高效、稳定的制氢催化剂具有重要的科学价值和现实意义。石墨烯材料因其具有比表面积大、导电性好、稳定性高等优势,被广泛应用于电催化分解水制氢的研究中。     

中科院化物所在宽光谱响应光催化分解水制氢研究取得新进展

<正>近日,中科院化物所催化基础国家重点实验室及洁净能源国家实验室太阳能研究部李灿院士、章福祥研究员和陈闪山等与日本东京大学Kazunari Domen教授课题组合作,在可见光驱动光催化Z机制完全分解水制氢研究中取得进展。研究结果发现,经一步氮化合成的Mg Ta2O6-x Ny/Ta ON异质结材料(最长可吸收波长达570 nm)可有效促进光生电荷分离,基于此异质结材料构筑的宽光谱响应Z机制完全分解水制氢体系,其表观量子效率达到目前文献报道最高值     

光电催化材料在太阳能分解水方面的应用研究进展

光电化学太阳能分解水制氢,能够直接将太阳能捕获、转化、存储为化学能,是有效应对目前能源与环境问题的方法。在光电化学分解水中,半导体光电极的性能决定了太阳能转化效率。但是对于半导体光电极,由于存在光生载流子的复合和传输距离短等问题,限制了光电化学性能。因此,主要结合作者课题组和国内外其他研究组的研究,以氧化铁、氮化钽等半导体材料为例,从电极的形貌调控、离子掺杂以及其表面的钝化层和过渡金属电催化剂改性等方面,综述了提高光电极性能的方法。     

尿素分解制氢催化剂研究进展

氢能既是零碳燃料,又是化石能源和可再生能源之间过渡和转换的桥梁。相对于水分解制氢,尿素分解制氢可以实现节能,以及解决尿素环境污染的问题。尿素具有储量丰富、安全性高和低成本等优点,且其理论上分解制氢性能远优于水分解制氢,是未来氢气获取的重要来源之一。尿素氧化反应(UOR)是尿素分解制氢技术的重要半反应,决定了尿素电解池或尿素燃料电池的工作效率。催化剂在UOR反应中起着关键作用,其本征物化性质以及表面性质会显著影响UOR反应动力学,目前大体发展出无基底材料支撑的镍基催化剂、有基底材料支撑的镍基催化剂和非镍基催化剂三类。然而,UOR反应的过电位很高,高于理论值约1 000 m V。UOR反应是一种涉及多质子耦合电子转移步骤的复杂反应过程,其具体的反应机理远非简单的C-N键断裂。贵金属基催化剂具有良好的UOR催化性能,但存在价格昂贵和储量不足的缺点。非贵过渡金属基催化剂则成为研究的焦点,其催化性能可能与贵金属基催化剂相当或超过贵金属基催化剂性能。镍基催化剂成为催化UOR反应的明星材料,目前已发展出金属镍、氢氧化镍、氧化镍、磷化镍、镍金属有机框架材料等大量含镍催化剂。进一步,也发展出Ni-Zn-...     

光催化分解水制氢体系助催化剂研究进展

煤、石油、天然气等不可再生能源的消耗导致环境污染日益严重,开发和使用清洁的可再生能源迫在眉睫。利用太阳能光催化分解水制氢被认为是解决化石能源紧缺和环境污染问题的有效途径之一。光催化分解水制氢体系非常复杂,助催化剂是影响催化剂光催化效率的一个关键因素,它的引入可以有效提高催化剂的光催化活性和氢气产生速率,因此,开发廉价高效的助催化剂已逐渐成为本领域的研究热点。本文结合光催化分解水制氢原理,简要介绍了助催化剂的作用,对近年来光催化分解水产氢助催化剂的种类和研究内容进行了总结,分析和讨论了几类重要助催化剂的特点及作用机理,并对助催化剂的发展进行了展望,以期为新型高效光催化制氢材料的设计提供参考。     

太阳能光电催化分解水制氢研究新进展

正6月9日,中科院大连化物所催化基础国家重点实验室及洁净能源国家实验室李灿院士领导的太阳能研究团队在"太阳能光电催化分解水制氢"研究方面取得新进展。在以Ta3N5为基础的半导体光阳极研究中,发现"空穴储存层"电容效应,藉此设计并获得了高效稳定的太阳能光电化学分解水体系,相关研究成果以通讯形式在线发表在近期的德国《应用化学》杂志上(Guiji Liu,Jingying Shi,Can Li,et al.,Angew.Chem.Int.Ed.,DOI:10.1002/     

电纺碳基纤维材料电催化水分解制氢

电解水制氢是由阴极析氢反应(HER)和阳极析氧反应(OER)组成。由于HER和OER所需的过电位高,反应动力学迟缓,导致电解水槽电压远高于理论平衡电压,电能消耗严重。因此,探索高效、稳定的非贵金属基电催化剂具有重要的研究意义。利用静电纺丝技术构筑的纤维材料因其较大的比表面积、独特的化学结构、易于调节的组分以及快速的电子和物质传输性能而被广泛应用在能源转化与存储领域。基于此,综述了近几年电纺碳基纤维材料在电催化水分解制氢中的研究进展,重点关注了静电纺丝技术制备的纳米纤维电催化剂用于HER、OER以及作为双功能催化剂在全水分解中产生高催化性能的优势,并对电纺材料在电催化水分解中的应用特点及其未来可能面临的挑战和发展趋势进行了展望。     

利用太阳能制氢的方法及发展现状

发展清洁可再生能源是人类面临的巨大技术挑战,氢气作为一种理想的清洁能源,其制取及储运技术近年来都取得了很大进展。综述了利用太阳能分解水制氢的基本途径及发展现状,主要包括电解水制氢及人工模拟光合作用制氢、半导体光解水及其催化剂以及最有希望实现的高温热化学循环分解水制氢技术。     

纳米材料技术带来光伏技术革命

以色列理工学院太阳能燃料集优研究中心（I—CORE）的科学家研发出了一种新的光解制氢方法。这种基于纳米材料技术的发明,使低成本光解水制氢成为可能。如果嫁接光伏电池技术。则可能催生制氢光伏产业,实现光伏发电和光解水制氢两个绿色能源生产方式的结合。该项目首席研究员阿夫纳·罗斯柴尔德教授认为,这项科研成果使光伏发电和制氢同时进行成为可能,人们可以设计制造出相对廉价的结合有超薄氧化铁光电极的太阳能电池。这种太阳能电池完全可以采用基于硅材料或其他材料的传统产品．     

半导体纳米材料及其光电极器件分解水制氢的研究进展

自1972年发现TiO2光电极在紫外光下能分解水制氢以来,一些国家在光催化材料的制备、改性、可见光利用及光催化理论等方面已取得了重大突破。但半导体纳米材料及其光电极膜器件应用于光解水制氢的研究仍处于起步阶段。本文述评了近几年国内外半导体纳米材料及其光电极膜器件在光解水制氢方面的研究进展。     

兰州化物所纳米多孔结构光阳极材料研究获系列进展

正光电催化分解水制氢可实现太阳能到化学能的转化,是获得清洁能源的一个重要途径。如何发展具有高效太阳能光电催化性能的半导体光阳极材料是实现太阳能清洁应用的关键问题。纳米多孔半导体材料因其较高的比表面积、良好的光吸收等优异性能,在太阳能光电催化研究领域备受关注,然而纳米多孔材料的光吸收及其光电催化作     

光电催化分解水用可见光响应型氧化物光阳极的改性研究进展

光电催化分解水是绿色制氢的重要途径之一。由于水氧化反应在热力学和动力学上极难发生, 因而制备高效光阳极成为光电催化分解水的瓶颈问题。为满足未来商业化应用需求(太阳能制氢转换效率>10%), 研制高效光阳极成为亟待解决的关键难题。研究表明, 具有价格低廉、吸光性良好、毒性小且光电化学稳定性高等突出优点的可见光响应型氧化物: WO₃、α-Fe₂O₃和BiVO₄,是目前光电催化分解水用光阳极的理想材料。在过去几十年里, 围绕该类氧化物光阳极的研究已取得显著成果。本文重点论述了高效光电催化分解水制氢用WO₃、α-Fe₂O₃和BiVO₄光阳极改性的研究进展。另外, 文中简述了此类可见光响应型氧化物光阳极在无偏压光电催化分解水中的研究现状, 并提出其存在的问题及未来发展方向。     

光解水制氢的可见光催化材料的研究进展

利用可见光催化分解水制氢是利用太阳能的有效方法之一,从材料组成、结构、催化性能及改性等方面介绍了几类重要的可见光催化材料的研究进展,并展望了未来的发展方向.     

碳基材料在电催化析氢反应中的应用

氢作为一种高燃烧热值的清洁能源载体,对于解决当前日益严峻的能源短缺和环境污染问题具有重要意义。与传统的化石燃料(如天然气、煤)重整制氢相比,电催化分解水作为一种清洁可再生的制氢工艺具有重要的应用前景。但目前常用的电解水析氢反应(HER)催化剂多为贵金属基(如Pt)材料,储量稀少且成本高昂,因此开发低成本、高活性的非贵金属HER催化剂是当前该领域研究面临的重要挑战。本文综述了近年来碳基材料用于HER催化研究的相关进展。根据碳基材料在HER催化剂中扮演的功能将其分为两大类:活性相和复合相。作为活性相时,通过异质原子掺杂等方式激活其本征活性,直接应用于催化析氢反应;作为复合相时,其作用有导电基底、高分散载体、耐腐蚀防护层等,通过协同增强效应,提高复合催化剂的整体活性,目前个别非贵金属催化剂的活性几乎可以与Pt基催化剂相媲美。本文总结了这些新型碳基HER催化剂的研究进展及其性能调控策略,并对未来开发低成本、高效率的HER催化剂的探索方向进行了展望。     

广东省纳米微米材料研究重点实验室在光电分解水制氢领域取得进展

<正>广东省纳米微米材料研究重点实验室近期在国际顶级期刊Nano Letters上发表论文,报道了一种在光电极表面有效负载助催化剂的三维去耦合新方法。光电化学分解水制氢是将太阳能直接转换为绿色高能量密度化学能的重要方式,承载着人类对无碳氢能社会的憧憬。影响制氢效率的三个关键因素为光电极对光的吸收与利用,光生载流子的传输与分离,以及光电极表面分解水反应的速率。助催化剂能有效地提高分解水反应动力学,但其在光电极表面的直接负载不仅负载量非常有限,而且会严重的影响吸光半导体对光的吸收与利用。     

太阳能分解水制氢取得新进展

正近日,中国科学院大连化学物理研究所在太阳能光电催化分解水制氢研究方面取得新进展。这一研究成果拓展了空穴储存层的应用,形成理性设计高效光电极的新策略和新思路,为实现高效太阳燃料制备提供重要的研究基础。半导体材料Ta3N5由于其能带结构符合热力学分解水的基本要求,且具有宽光谱响应性质,是当前太阳能分解水制氢领域研究的热点材料之一。但     

非并网风电制氢及其在绿色交通物流中的应用

全球二氧化碳减排巨大压力给了氢能一次绝好的发展机遇,也加速了氢能技术的发展。水分解制氢是制氢技术的主要方向,但其依赖用电分解,能耗巨大,唯有与其他洁净能源如太阳能、风能等相匹配,才能降低成本。针对风电间歇波动、不可直接并网特点,探索开发利用我国黄海辐射沙洲丰富的风能资源,提出基于非并网风电技术制氢及其在绿色交通物流中应用模式和途径,对于综合开发风电资源、拓展氢能应用和绿色交通物流发展具有重要意义。     

中科大提出光解水制氢的新机制

正近日,中国科学技术大学教授杨金龙研究组提出了一种新的光解水的催化机制,使得利用红外光进行光解水制氢成为可能,为今后全频谱利用太阳能铺平了道路。该成果发表在最新一期的《物理评论快报》上。利用太阳光分解水制氢,为人类提供清洁燃料,被视为化学的圣杯。水分解是吸热     

金属卤化铅钙钛矿可见光催化研究进展

由化石能源消耗所引发的能源危机与环境污染,已成为了人类社会可持续发展亟待解决的一个首要问题.可见光催化技术利用太阳光为能源,通过光解水制氢、CO2还原、 污染物降解等过程为从根本上解决上述问题提供了一个有效途径,对可持续发展战略具有重要意义.金属卤化铅钙钛矿(lead metal halide perovskite,L...     

光催化分解水制氢催化剂的研究进展

面对石油、煤炭和天然气等不可再生能源的日益枯竭和其带来的环境污染问题,人们不得不寻找新的化石燃料替代品。氢能是一种清洁、可再生燃料,在未来具有替代化石燃料的巨大潜力。利用光催化活性材料光解水制氢是一种将太阳能转化为氢能的有效方式。然而,用于光解水制氢的大多数催化材料仍然存在对太阳能利用率低且光生电子和空穴对易于复合等问题,这些问题导致产氢效率较低,从而严重限制了光催化剂的实际运用。因此,开发具有低成本、环境友好、可见光响应和良好性能的光催化剂则成为当前光解水制氢催化剂的研究重点。目前用于光解水制氢的催化剂主要包括金属氧化物、金属硫化物、金属氮(氮氧)化物、石墨碳氮化物和新型异质结构光催化剂等。其中,金属氧化物中TiO_2作为光解水制氢的传统光催化剂而被广泛研究;金属硫化物因其窄带隙和良好的带隙位置,在光解水制氢中表现出良好的催化活性,其研究主要集中在CdS、ZnS及其固溶体上;金属氮(氮氧)化物具有理想的可见光全解水能带结构,需对其进行改性从而体现出全解水活性;石墨碳氮化物是一种新型的非金属可见光催化剂,由于其在制氢方面的巨大潜力而受到了人们的关注。此外,将半导体复合构建二元或多元能够高效分离光生载流子的新型异质结构复合光催化剂也是一个非常活跃的研究领域。本文结合近年来国内外光解水制氢催化剂的研究现状,综述了光解水制氢催化剂的研究进展,分别对每类催化剂的特点和研究内容进行了总结,并介绍了某些催化剂的制备工艺和改性策略,最后总结了当前光解水制氢催化剂所面临的问题并对其未来的发展方向进行了展望,以期为设计制备高效、稳定的光催化制氢材料提供参考。