基于Cu/TiO2/C-Wood复合材料的聚光太阳能驱动自漂浮高效海水汽化催化分解制氢体系

利用储量丰富且易获得的太阳能和海水资源为人类提供可持续的清洁能源是一项具有深远影响的探索。在本工作中，设计合成了一种自漂浮复合材料（Cu/TiO₂/C-Wood），该材料具有高效的毛细输液、全光谱太阳能光热转化及光-热协同催化能力，可通过快速的界面相转移过程实现太阳能驱动海水汽化与水蒸气催化分解制氢的一步协同增效反应。其中，具有大量微通道和极轻质量的碳化木（C-Wood）作为漂浮载体，通过毛细作用将液态水快速输送至局部升温的C-Wood表面，借助高效光热转化过程使海水汽化脱盐，同时负载等离子金属Cu的TiO₂纳米粒子作为催化活性组分触发水蒸气光-热协同催化分解制氢反应，从而实现太阳能驱动高效海水汽化催化分解制氢。实验结果表明：该复合材料在15 kW·m^-2的光照条件下，产氢速率达到179 μmol·h^-1·cm^-2（35.8 mmol·h^-1·g^-1），且在循环利用5次后产氢速率仍基本保持不变。更重要的是，通过聚光太阳能和自漂浮毛细输液条件的共同作用，可以获得海水中主要成分氯化钠对产氢性能的显著促进，从而打破了海水制氢技术一直以来面临的氯离子副作用瓶颈问题，证实了聚光太阳能驱动自漂浮高效光热协同催化体系在规模化、绿色、可持续太阳能海水制氢中的应用潜力。     

二氧化钛光催化材料实现可见光全谱吸收对太阳能大范围高效利用具有重要意义

近日,中科院金属所沈阳材料科学国家(联合)实验室先进炭材料研究部制备出具有可见光全光谱吸收的红色二氧化钛光催化材料,这意味着有可能利用二氧化钛基光催化材料实现高效可见光分解水制氢,对于太阳能的大范围高效利用具有重要的意义。相关成果先后发表于国际学术期刊《先进功能材料》和《能源与环保科学》。据介绍,通过光催化实现太阳能到化学能的转化,例如光催化分解水制氢,是获得新能源的一个极具前景的重要途径。发展可全光谱吸收可见光(波长为400～700纳米)的光催化材料,是实现高效太阳能光催化转化的前提。然而,多数稳定的光催化材料的可见光吸收低。通过掺杂能缩小光催化材料的带隙,是增加光催化材料可见光吸收的基本手段。锐钛矿二氧化钛是目前科学界研究最为广     

热增强的光催化二氧化碳还原技术

利用太阳光驱动二氧化碳（CO₂）催化转化合成燃料是缓解能源危机和降低温室效应的理想途径。然而,当前面临的主要挑战在于CO₂固有的化学稳定性使得光催化反应的转化效率低下。热量被认为是促进催化转化反应过程的重要推动力,可以有效提升光催化转化的效率。本文综述了不同形式的热增强光催化在CO₂还原生产燃料方面的应用,包括外加热源的光催化CO₂还原、光热效应促进的光催化CO₂还原以及等离激元增强的光催化CO₂还原体系。文章指出：热增强的光催化技术继承了光催化的高选择性和热催化的高反应活性的优势,实现了CO₂还原反应的高效进行。具体分析如下：外加热源主要通过直接加热装置或者聚焦太阳光能实现,产物的生成效率明显增强,选择性影响不大;光热效应发挥着局部提高催化剂反应温度的作用,使能量利用效率更高,大幅度降低CO₂还原反应所需的能量;等离激元效应除了发挥光热效应的作用,同时兼备增强光吸收、促进载流子分离和加速表面反应动力学的作用。文章最后指出,通过对反应机理进行深度研究,合理调控反应体系的反应条件,将极大促进热增强的光催化CO₂还原技术发展,为CO₂利用提供有效手段。     

太阳能光解水制氢的核心催化剂及多场耦合研究进展

太阳能光解水制氢可从根本上解决能源需求及碳排放造成的环境污染问题,是各国关注的热点之一。利用太阳能全光谱光催化制氢是目前研究的主要方式,但存在催化效率较低,难以实际应用的问题。造成光催化剂催化效率低的主要因素在于比表面积小、光吸收能力弱、禁带宽度较宽、载流子迁移能力弱。对光催化机理和催化剂的优化策略进行了总结,通过敏化材料掺杂、元素掺杂、异质结构建、助催化剂负载、高导电性石墨烯掺杂等策略来有效提高光催化剂对可见光的吸收、降低光生载流子的复合、增加活性位点、加速表面反应。此外,对光电、光热及光热电催化等近年发展起来的多场耦合催化制氢做了系统的介绍,对太阳能制氢催化剂理论和实践的未来发展做出了展望。     

大连化物所提出太阳能规模化分解水制氢新策略

正近日,中科院大连化物所催化基础国家重点实验室李灿院士、李仁贵研究员等在太阳能可规模化分解水制氢方面取得新进展:率先提出并验证了一种全新的"氢农场"策略,该策略基于粉末纳米颗粒光催化剂太阳能分解水制氢,太阳能光催化全分解水制氢效率创国际最高记录。太阳能光催化分解水制氢可将太阳能转化并储存为化学能,是科学家们长期以来的梦想。光催化过程是一个跨越多个时间尺度的复杂反应过程,涉及化学、物理、生物等一系列多学科前沿科学问题。如果能利     

合肥研究院光催化制氢材料研究取得进展

正近日,中国科学院合肥物质科学研究院应用技术研究所先进材料中心研究团队,在金属/半导体复合光催化制氢材料研究方面取得了新进展。光催化可实现太阳能到化学能的转化(如光催化分解水制氢),是获取新能源的理想途径之一,开发宽光谱响应、高载流子分离效率的光催化材料,是实现太阳能高效光化学转化的前提和基础。研究人员制备了具有不同AuCu原子     

钙钛矿光催化分解水制氢技术进展

光催化产氢为解决日益严重的环境污染和不断加剧的能源危机等问题提供了新思路。钙钛矿因其优越的光电特性已成为太阳能制氢催化材料的研究热点。概述了钙钛矿的结构特性，阐述了钙钛矿光催化制氢原理，总结了3种钙钛矿制氢系统即光催化剂颗粒悬浮系统、光电化学系统、光伏驱动电化学系统的制氢原理及研究进展。未来，迫切需要探索新的半导体基光催化剂、改善光生电荷分离的新策略以及气体分离的新材料和新技术。同时，先进的表征技术尤其是原位和超快光谱分析方法，对于解释水分解反应的机理至关重要。     

制氢技术研究进展

发展规模化廉价制氢技术是发展氢能的重要环节.常规化石燃料制氢受到资源、环境多方面的制约.利用丰富、可再生的太阳能和生物质资源,开发光催化分解水制氢和生物质热化学转化制氢技术,极具发展潜力.介绍了利用化石燃料、甲醇、太阳能及生物质制氢的方法,对各种方法进行分析评述,并对可再生资源制氢的发展前景进行展望.     

太阳能光催化制氢反应体系及其材料研究进展

光催化制氢是利用太阳能获取氢能的重要途径,是当前研究热点。长期以来,人们致力于各种新型可见光光催化制氢材料的研究并取得较大进展。反应体系的设计和选择是实现高效光催化制氢和能否走向工业化的核心问题之一,因此,近年来研究者开始对光催化制氢反应体系加大研究。光催化制氢主要有非均相光催化制氢(HPC)和光电催化制氢(PEC),不同的体系具有各自的优缺点和应用范围。重点介绍光催化制氢半反应、光催化完全分解水和光电催化分解水3种主要反应体系,分析各种反应体系的特点,阐述各个体系涉及的光催化材料的发展进程,并展望太阳能光催化制氢研究前景,其中,新型高效的PEC-PV(光伏)耦合光化学转化系统有望为光解水制氢实现工业化提供一种重要的发展途径。     

半导体核壳材料光催化剂分解水制氢研究进展

光催化剂催化分解水制氢是一种将太阳能有效转化为氢能的绿色途径，其中半导体核壳材料光催化剂在太阳能分解水制氢中表现出优异的性能。主要从半导体材料改性角度出发，综述和评论了国内外半导体核壳材料光催化剂分解水制氢的最新研究进展。重点阐述了常见氧化物、氮氧化物、氮化物及硫化物核壳材料半导体光催化剂分解水制氢的基本原理和改性效果等。分析了掺杂离子、构建异质结、负载助催化剂等改性方法在改变光催化剂禁带宽度、降低光生载流子复合几率、加快光生电荷传输速率和增加制氢活性位点等方面的影响。提出未来分解水制氢光催化剂可深入开发晶面依赖纳米复合光催化材料、助剂改性光催化材料、新型光催化半导体材料的研究方向。     

光驱动微生物杂合系统提高生物制造水平

太阳能作为最丰富且可再生的清洁能源，具有非常大的成本效益和发展潜力。自然光合作用效率低且难以干预，人工光合作用不稳定且成本高。以绿色、低碳的方式实现太阳能-化学的转化是现代社会可持续发展的迫切需要，也符合绿色生物制造的需求。光驱动微生物杂合系统作为一项新兴技术将非生物光敏材料与微生物全细胞结合起来，利用光敏材料优良的光吸收能力和微生物的特定高效合成能力，在利用太阳能驱动合成燃料和化学品方面显示出较大潜力。本文综述了光驱动微生物杂合系统在质子还原制氢、CO₂还原转化、固氮和C—H键氧化等重要反应中的应用，并对光驱动微生物杂合系统未来的发展趋势进行了展望。     

超薄膜吸收器在太阳能光解水制氢中的应用

太阳能光解水制氢是太阳能利用的重要途径之一。a-氧化铁是极具潜力的阳极材料, 但是a-氧化铁光生空穴的扩散长度(20 nm)远小于其光子穿透距离(波长550 nm时为120 nm), 导致电子空穴对在参与光催化反应之前发生严重的复合, 从而极大地降低太阳能利用效率。提出一种a-氧化铁/银纳米孔阵列的超薄膜双层结构, a-氧化铁的厚度仅为20 nm, 且具有很强的可见光吸收特性, 因此光生电流比相同厚度的a-氧化铁光解水电池高238%。超薄膜光学吸收的机理包括亚波长干涉共振效应和局部表面等离子激元效应, 这两种强化光学吸收的机理也可以应用于光生电荷输运能力差的半导体太阳能光伏器件。     

大连化物所提出太阳能规模化分解水制氢的“氢农场”新策略

<正>近日,中科院大连化物所催化基础国家重点实验室李灿院士、李仁贵研究员等在太阳能可规模化分解水制氢方面取得新进展,率先提出并验证了一种全新的基于粉末纳米颗粒光催化剂太阳能分解水制氢的"氢农场"策略,太阳能光催化全分解水制氢效率创国际最高记录。     

光催化CO2还原制碳氢燃料系统优化策略研究

光催化CO₂还原制碳氢燃料技术由太阳能直接驱动，将CO₂转化为可直接利用的化学品，是助力碳达峰、碳中和的变革性技术。该技术的高效、低成本运行受光吸收利用、光催化剂形貌结构、界面催化反应及传质等因素影响，其内部能质传输是多时空尺度、多物理场耦合的复杂过程，需要从理论和应用两方面结合多个学科展开系统研究。梳理了光催化CO₂还原基本理论及国内外研究进展，并针对技术瓶颈从光吸收拓展与利用、光生载流子分离强化、氧化/还原半反应优化及传质强化四个优化策略指出了该技术发展方向，探讨了该技术全流程能量传递和物质转化之间的耦合匹配准则，为降低反应能耗、促进性能及产率提升甚至未来工业化大规模太阳能驱动CO₂还原应用铺垫道路。     

光热协同催化技术在能源领域的应用

光热催化是在光催化的基础上同时加热,或在热催化的基础上同时进行光照以达到共同催化目的的一种新型催化手段,是当前催化领域的研究热点。文章介绍了光热协同催化在能源合成领域的应用,包括光热催化CO加氢、光热催化CO_2还原、光热分解水制氢等。研究发现,光催化与热催化耦合确实能够高效驱动反应的进行,明显改善了单一光催化或单一热催化的不足。在催化CO加氢方面,引入光照能明显提高CO的转化效率,同时能够调控烃类产物分布;在催化CO_2还原方面,通过调变合适的光热反应条件,能够实现高效地、选择性地将CO_2还原为CO、CH_4或其他烃类产物;在催化H2O分解制氢方面,在温和条件下提高了产氢效率。与此同时,本文也分析了部分体系的光热协同作用机制以及现阶段研究的不足之处。最后展望了光热催化的发展前景,以期对于光热协同驱动体系的研究起到积极的促进作用。     

太阳能光催化分解水制氢研究进展

利用太阳能分解水制备氢气是一种将太阳能转换成氢能的有效方式。介绍了太阳能光催化分解水制氢的原理,综述了近年来国内外太阳能分解水制氢催化剂的研究进展,介绍了贵金属负载、离子掺杂以及复合半导体等技术对催化剂进行修饰和改性处理的技术及其影响,并展望了未来太阳能光催化分解水制氢催化剂的发展方向。     

大连化物所高对称性光催化剂晶面间电荷分离研究取得进展

正近日,中国科学院大连化学物理研究所催化基础国家重点实验室在太阳能光催化的光生电荷分离研究中取得进展。光生电荷分离是太阳能光催化研究的关键科学问题之一。大连化物所长期致力于太阳能光催化转化中的光生电荷分离的科学问题研究,相继在国际上提出"异相结"和"晶面间电荷分离"促进光生电荷分离的策略。前期研究发现在低对称性半导体基光催化剂的晶面间存在电     

基于MOFs材料光催化分解水制氢的研究进展

“双碳”目标的提出让氢能热度持续攀升，制氢技术突破是氢能连接能源消费终端的关键桥梁，光催化分解水制氢技术是实现太阳能低碳转化的有效途径。其中，利用具有比表面积和孔隙率高、结构可调、活性位点丰富等优势的金属有机框架（MOFs）材料光催化分解水制氢是近年来的研究热点。该文综述了国内外基于MOFs材料光催化分解水制氢体系中半导体复合、金属离子掺杂、敏化剂修饰和贵金属负载等方法的改性原理、技术难点和制氢效果等，重点阐述比较了上述MOFs改性方法在抑制光生电子空穴对复合、优化MOFs禁带宽度和增加MOFs活性位点等方面的作用，提出了未来MOFs光催化分解水制氢可深入新型MOFs材料开发、敏化剂修饰工艺优化、拓展先进表征手段的研究方向。     

可见光驱动型光催化材料改性研究进展

作为一种高级氧化技术,光催化氧化在有机物降解、水质改善等方面具有广阔的应用前景。光源是光催化技术应用的限制性因素,基于可见光的催化氧化是光催化技术发展的重要方向。针对光催化反应中存在的可见光利用率低、光生电子空穴易于复合、能量消耗大等不足,通过对催化材料的改性可提升催化体系在可见光驱动下的光催化效率。综述了基于可见光驱动的光催化材料的改性措施及应用,展望了可见光驱动的光催化技术在水处理领域的研究方向。     

光合细菌制氢试验装置及其技术研究进展

综述了太阳能光合细菌制氢试验装置及其技术研究现状,通过分析太阳能光合细菌制氢试验装置的内置光源、多点分散布光、自然光源为主光源并辅以人工冷光源、改造反应装置内部结构、反应装置光源部分可拆装等技术途径,提出了太阳能光合细菌制氢试验装置的发展方向,为太阳能光合细菌连续制氢装置优化设计提供科学参考。