Nature子刊综述：水裂解催化剂的发展！

        太阳能是目前为止最丰富的可再生清洁能源，对于解决地球能源危机意义重大。问题在于：太阳能是一种散射性、间歇性的能源，并非24h都会出现太阳。因此，如何最好的捕获太阳能并储存显得尤为重要。

       考虑到氢气是一种高效的清洁能源，光解水制氢逐渐成为解决以上困扰的一种重要思路。因此，开发储量丰富、价格便宜的高效光解水电催化剂和光电催化剂成为近年来的研究热点和重点。

 

 

 

人工光合作用转化太阳能为氢能

 

 

十年前，领域大牛论述：可再生能源为什么如此重要？

Lewis, N. S. & Nocera, D. G. Powering the planet: chemical challenges in solar energy utilization. Proc. Natl Acad. Sci. USA 103, 15729–15735 (2006).

 

 

       有鉴于此，Roger等人综述了近年来元素储量丰富的水裂解电催化剂和光电催化剂的重要进展，重点阐述了如何将催化剂集成到水裂解系统装置中。

 

 

Trasatti的HER火山图

 

 

第一套光电化学水裂解装置

Fujishima, A. & Honda, K. Electrochemical photolysis of water at a semiconductor electrode. Nature 238, 37–38 (1972).

 

 

可能是第一套单片式太阳能制氢装置，数十年来一直处于领域最高水平之列

Rocheleau, R. E., Miller, E. L. & Misra, A. High-efficiency photoelectrochemical hydrogen production using multijunction amorphous silicon photoelectrodes. Energy Fuels 12, 3–10 (1998).

 

 

首次报道接近中性pH下的太阳能高效制氢装置

Reece, S. Y. et al. Wireless solar water splitting using silicon-based semiconductors and earth-abundant catalysts. Science 334, 645–648 (2011).

 

 

近年高效太阳能光电化学制氢的经典案例，论述了自Rocheleau以来如何进一步优化器件设计

Verlage, E. et al. A monolithically integrated, intrinsically safe, 10% efficient, solar-driven water-splitting system based on active, stable earth-abundant electrocatalysts in conjunction with tandem iii–v light absorbers protected by amorphous TiO2 films. Energy Environ. Sci. 8, 3166–3172 (2015).

 

太阳能转化为燃料装置中不同催化剂的对比

McCrory, C. C. L. et al. Benchmarking hydrogen evolving reaction and oxygen evolving reaction electrocatalysts for solar water splitting devices. J. Am. Chem. Soc. 137, 4347–4357 (2015).

 

 

理论计算指导HER催化剂的制备

Hinnemann, B. et al. Biomimetic hydrogen evolution: MoS2 nanoparticles as catalyst for hydrogen evolution. J. Am. Chem. Soc. 127, 5308–5309 (2005).

 

 

温和条件下OER催化剂的重磅炸弹！

Kanan, M. W. & Nocera, D. G. In situ formation of an oxygen-evolving catalyst in neutral water containing phosphate and Co2+. Science 321, 1072–1075 (2008).

 

 

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Isolda Roger, Michael A. Shipman and Mark D. Symes. Earth-abundant catalysts for electrochemical and photoelectrochemical water splitting. Nature Reviews Chemistry 2017, 1, 0003.