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     

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。     

新型光解水制氢催化剂及研究进展概述

文章主要介绍了能够用来太阳能光催化分解水制氢的几种新型光催化剂,比如钛酸盐、钽酸盐等,并提出提高光催化剂反应活性的途径,开辟出利用太阳能光解水制氢的研究道路,旨在更好的促进太阳能光催化分解水制氢发展,为人类社会生产发展提供更多清洁能源。     

光催化分解水制氢中硫化物空心结构的研究进展

利用太阳能进行的分解水制氢技术,可以促进太阳能的有效利用和清洁能源氢能的研发。在光催化制氢中,半导体光催化材料的性能是光催化反应性能提升的核心要素,制备优异、高效的光催化剂是提升光催化反应活性的关键步骤。本文从材料形貌和制备角度出发,选取金属硫化物为光催化中的主体半导体,对国内外金属硫化物空心结构的研究、应用和进展进行了回顾,分析了空心结构对增大材料比表面积、增强太阳光吸收、加速载流子分离以及提升反应活性的重要性,提出了空心结构在光催化发展中的优势,对空心结构的发展提出了展望,为这些新型材料的未来研发提供参考,从而能尽快提高光催化反应的太阳光利用率和氢气产量,有助于进一步实现光催化技术的工业化应用。     

大连化物所太阳能光催化分解水研究取得新进展

<正>由于世界范围的能源和环境问题,近年来光催化分解水制氢和还原二氧化碳的研究在国际学术界引起广泛的重视。光催化分解水被认为是最具挑战性的难题,一旦取得突破,有望影响世界能源格局。实现这个反应的关键是发展高效的光催化剂,进而构筑高效光催化或光电催化体系。近日,中国科学院大连化学物理研究所李灿院士领导的太阳能研究部继发现BiVO4等半导体的不同晶面间电荷分离效应后,相关研究工作又取得新的进展。利用半导体光催化剂的不     

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     

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。     

可见光分解水制氢催化剂研究进展

可见光分解水制氢研究主要集中在新型光催化剂的研制以及对传统光催化剂的改性。本文概述了近年来可见光分解水制氢技术的重要进展及最新研究成果,深入研究和分析了拓展光催化剂响应范围、提高其反应活性的几种技术路线,主要包括阴阳离子掺杂技术、固溶体技术、半导体复合技术以及加入助催化剂等;总结出了传统光催化剂存在可见光利用率低、光化学转化效率低等问题,提出了开发新型高效光催化剂并加强机理研究的必要性和可行性。     

光催化制氢用纳米结构光催化剂的研究进展

纳米结构光催化剂由于其独特的性能优势已成为催化剂领域未来发展的必然趋势。综述了各种光解水制氢用纳米光催化剂的研究进展,如金属氧化物、金属硫化物、金属氮化及其复合物等,指出TiO2已经也将会是光催化制氢中所用光催化剂最重要的一种,其它类型氧化物根据其性能特点在实际的光催化制氢系统中也能被有效应用,如何对纳米半导体材料进行合理裁剪和复合是纳米复合材料的研究重点。根据目前研究现状指出,结合不同的技术和方法,实现多技术集成将是今后光催化制氢纳米材料研究的主要方向。     

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。     

Recent advances in two-dimensional transition metal dichalcogenides as photoelectrocatalyst for hydrogen evolution reaction

Hydrogen gas has been attracting significant interest as an emerging energy source that is clean, sustainable, and renewable. Primarily, it can be produced via photoelectrochemical (PEC) splitting of water using solar energy. Among the various catalysts employed for the photoreduction of water, two-dimensional transition metal dichalcogenides (2D-TMDs) are inarguably the best candidates toward industrialization because they have extraordinary physical, optical, and electric properties, and are solution-processable at low costs. In this review, we focus on the development of 2D-TMDs and their PEC properties toward the hydrogen evolution reaction. First, the synthesis and properties of 2D materials are summarized and discussed. Next, the strategies for improving the photocatalytic activity of the 2D material-based catalysts for water splitting are thoroughly investigated. Finally, the remaining challenges and direction for the future development of 2D-TMDs in PEC catalysis-derived hydrogen evolution reaction are addressed. © 2020 Society of Chemical Industry     

水分解制氢中的电解液调控机制

氢气因能量密度高和燃烧产物无污染得到了广泛的关注，如何以清洁高效的方式制备氢能成为研究中的重点。光伏-电解、光催化、光电催化分解水可以利用储量丰富的太阳能和水产生氢气，是很有前景的氢气制备技术。其中，电化学反应是水分解工艺的关键环节，直接决定整个系统能量转换效率的高低。而以往研究多集中于催化材料的开发，往往忽略了电解液的性质对电解性能的影响。因此本文综述了电解质对电催化分解水的影响和意义，根据水分解的基本理论和反应机理，讨论了电化学步骤中电解质pH、离子成分对表面催化过程和物质传输的影响。通过调控电解质来影响固液界面反应，达到在各种水分解系统中提高能量转化效率和稳定性的目的，这有助于开发高效的电催化体系，并为大规模应用提供参考。     

可见光催化分解水制氢的研究进展

阐述了近五年来可见光催化分解水制氢的国内外最新研究进展。重点介绍了离子掺杂型光催化剂、价带控制型光催化剂、固溶体催化剂、Z型体系光催化剂、复合型光催化剂以及一些新型可见光催化剂。对今后可见光催化分解水制氢的研究工作进行了展望。     

Perspective of hydrogen energy and recent progress in electrocatalytic water splitting

As a secondary energy with great commercialization potential, hydrogen energy has been widely studied due to the high calorific value, clean combustion products and various reduction methods. At present, the blueprint of hydrogen energy economy in the world is gradually taking shape. Compared with the traditional high-energy consuming methane steam reforming hydrogen production method, the electrocatalytic water splitting hydrogen production stands out among other process of hydrogen production owning to the mild reaction conditions, high-purity hydrogen generation and sustainable production process. Basing on current technical economy situation, the highly electric power cost limits the further promotion of electrocatalytic water splitting hydrogen production process. Consequently, the rational design and development of low overpotential and high stability electrocatalytic water splitting catalysts are critical toward the realization of low-cost hydrogen production technology. In this review, we summarize the existing hydrogen production methods, elaborate the reaction mechanism of the electrocatalytic water splitting reaction under acidic and alkaline conditions and the recent progress of the respective catalysts for the two half-reactions. The structure–activity relationship of the catalyst was deep-going discussed, together with the prospects of electrocatalytic water splitting and the current challenges, aiming at provide insights for electrocatalytic water splitting catalyst development and its industrial applications.     

以污染物作为电子给体的新型光催化制氢体系的研究进展

以污染物作为电子给体进行的光催化制氢体系代表着一种新型的现代水处理技术,在污染物被降解的同时还可以将太阳能转化为清洁的氢能,有效地缓解了环境污染和能源短缺两大难题。为此,本文结合光催化制氢协同污染物降解反应的机理,概述了近年来国内外在该方向上的主要研究成果,列举了几种常用的催化剂,分析了不同的操作参数,如污染物种类、催化剂类型和组分、催化剂的微观结构、催化剂投加量、pH、污染物浓度、溶液中存在的不同阴阳离子及其他共存物、反应温度以及光照强度对光催化降解率和产氢活性的影响。最后,指出了以污染物作为电子给体的光催化水处理技术在光催化材料的选择上依然面临种类偏少、产氢效率偏低的挑战,并且在反应影响因素的探究上仍存在不充分、不全面的问题。同时,评述了将多项工艺结合起来的多单元水处理系统是未来水处理领域的一个主流模式。     

太阳燃料甲醇合成

我国将力争于2060年前实现碳中和,而实现碳中和的根本途径是能源利用形式由化石能源向可再生能源转变。本文指出太阳燃料甲醇合成（又称“液态阳光”）是利用太阳能等可再生能源分解水制取绿氢,再将二氧化碳与绿氢结合转化为甲醇的综合性技术,它不仅可将再生能源存储在液体燃料甲醇中,还可解决重要领域如冶金、建材、化工中的刚性二氧化碳排放,是实现碳中和目标切实可行的技术路线和有力手段。本文就作者团队研究发展的液态阳光水分解制氢和二氧化碳加氢制甲醇技术进行总结,并对当前液态阳光技术的工业应用进行了介绍。     

Defect pyrochlore oxides: as photocatalyst materials for environmental and energy applications ‐ a review

Photocatalytic technology utilizing abundant solar light holds great promise to tackle many challenging environmental and energy issues. In recent years, various types of photocatalysts have been developed that are active for environmental purification and hydrogen production. Papers reporting preparation, characterization and photocatalytic testing of binary, ternary and quaternary compounds have been reviewed. The present review focuses on photocatalyst materials which adopt a defect pyrochlore structure. Starting with a brief introduction to semiconductor‐based photocatalysts for environmental clean‐up and hydrogen generation from water splitting, the development of high‐efficiency UV and visible light driven photocatalysts belonging to the defect pyrochlore family is reviewed. The review covers all the defect pyrochlore photocatalysts studied so far, and provides guidance to researchers in this area for further investigation of these materials. © 2015 Society of Chemical Industry