Nature：光催化分解纯水实现>9 %的STH效率

纳米技术

2023-01-05

光催化分解水制氢能够使用天然环境储量最为丰富的太阳能和水，因此为实现碳中和提供一种最有可能成功的路径。一些太阳能制氢技术（比如光电催化分解水）通常需要使用腐蚀性电解液，导致光催化性能不稳定，并且对环境的可持续发展不友好。因此，通过光和水直接进行光催化分解水的方式生成氢能源是一种具有前景的替代性方法。但是目前的太阳能产生氢气（STH）的效率仍非常低。

有鉴于此，密歇根大学米泽天(Zetian Mi)等报道发展了一种光催化制氢技术，使用集中的太阳能照射、以InGaN作为光催化剂，在光催化分解纯水的反应中实现了9.2 %的太阳能制氢效率（STH）。

本文要点：

（1）

在70 ℃，通过优化助催化剂的成分和含量，最大的STH效率达到8.8 %。进一步提高反应温度至80 ℃，光催化反应的STH没有进一步提高。随后在70 ℃进行74 h长时间光催化反应，使用集中式光能量（3800 mW cm^-2），实现了9.2 %的STH效率，TOF达到601 h^-1，TON达到44458。进一步延长反应时间，光催化活性降低26 %，说明光催化剂发生失活。

这项技术成功的关键在于通过协同促进生成H₂-O₂，通过提高反应温度的方式（在70 ℃）阻碍H₂和O₂复合的负反应，光催化反应使用红外光提供反应需要的温度。而且这种光催化反应同样能够利用广泛的自来水以及海水，使用257 W的天然太阳能进行大面积光催化分解水，并且实现6.2 %的STH。

（2）

这项研究为太阳能光催化分解水制备氢能提供一种具有前景的技术路线，而且克服了目前太阳能制氢技术效率低的问题。

参考文献

Peng Zhou, Ishtiaque Ahmed Navid, Yongjin Ma, Yixin Xiao, Ping Wang, Zhengwei Ye, Baowen Zhou, Kai Sun & Zetian Mi, Solar-to-hydrogen efficiency of more than 9% in photocatalytic water splitting, Nature 2023

DOI: 10.1038/s41586-022-05399-1

https://www.nature.com/articles/s41586-022-05399-1