超薄黑鱗可以用于太陽能驅(qū)動的氫能經(jīng)濟(jì)
氫氣作為燃料來源,不像石油和煤炭等碳?xì)浠衔铮峁┝嗽S多好處。燃燒的氫氣產(chǎn)生無害的水,這有可能消除二氧化碳排放和環(huán)境負(fù)擔(dān)。為了追求能夠?qū)崿F(xiàn)氫能經(jīng)濟(jì)的突破的技術(shù),一個關(guān)鍵問題就是低價制氫。使用催化劑分解水是產(chǎn)生氫氣的理想方法,但是這樣做通常需要來自其他化學(xué)品、電力或具有足夠高能量的陽光一部分的能量輸入。 現(xiàn)在大阪大學(xué)的研究人員們已經(jīng)開發(fā)出了一種新的催化系統(tǒng),該系統(tǒng)可以有效地將水分解,并利用常態(tài)的太陽光產(chǎn)生氫氣。他們的研究最近發(fā)表在Angewandte Chemie 國際版上(“Z-Scheme Photocatalytic Overall Pure-Water Splitting on 2D Heterostructure of Black Phosphorus/BiVO4 under Visible Light”)。 圖1. 在可見光照射下使用BP / BiVO4的Z方案光催化水分解示意圖圖片來源: (日本)大阪大學(xué) “使用可見光進(jìn)行光催化是不可能的,但把將水還原成氫氣所使用的納米結(jié)構(gòu)黑鱗和將水氧化成氧氣的釩酸鉍結(jié)合起來的方法可以讓我們充分利用大范圍的太陽光譜,來以前所未有的效率制備氫氣和氧氣 “,主要作者M(jìn)ingshan Zhu說。 黑磷具有類似于石墨烯的平面二維結(jié)構(gòu),并強(qiáng)烈吸收整個可見光譜中的光。研究人員們將黑磷與釩酸鉍(一種有名的水氧化催化劑)結(jié)合起來。 就像植物在自然光合作用中不同結(jié)構(gòu)之間穿梭電子以分解水并產(chǎn)生氧氣一樣,這種新型催化劑的兩種組分能夠快速地轉(zhuǎn)移太陽光激發(fā)的電子。在催化劑中兩種組分的量也被優(yōu)化,導(dǎo)致以理想的2:1比例產(chǎn)生氫氣和氧氣。 圖2. 在可見光照射下使用BP / BiVO4的2D異質(zhì)結(jié)構(gòu)而不使用任何犧牲劑的光催化純水分解。圖片來源(日本)大阪大學(xué) 共同作者Tetsuro Majima說到:“實(shí)現(xiàn)由太陽光驅(qū)動的氫能生產(chǎn)是以氫能為導(dǎo)向的社會的基礎(chǔ)。我們的貢獻(xiàn)克服了一個重大的障礙,但是在將來將氫氣變成實(shí)際的燃料來源還有許多工作要做。” |