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56%!中国研究团队开发出高效低成本水制氢光催化剂
2022年01月17日 发布 分类:技术前沿 点击量:721
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1月10日,云南大学材料与能源学院、伦敦大学化工工程系、西北大学化学与材料学院、华东师范大学电子系的联合研究团队开发出一种用于光催化制氢的铜锚定二氧化钛基高效催化剂,其分解水制氢量子效率高达56%。这种原子级光催化材料设计策略确实为商业应用的竞争性制氢铺平了道路,该成果发表于自然通讯期刊(Nature Communications)。

链接地址:https://doi.org/10.1038/s41467-021-27698-3

光催化H2析出性能级单原子Cu-TiO2合成示意图

光催化H2析出性能级单原子Cu-TiO2合成示意图

利用太阳能促进水分解制氢是未来能源替代的有效策略,二氧化钛由于其低成本和紫外线下的稳定高效而被广泛用于水分解的基准光催化剂。金属单原子催化剂,是近年来迅速发展起来的新型催化剂。相比传统金属催化剂,金属单原子催化剂中的原子以单个的形式负载在载体上,在催化反应中可充分参与反应,实现反应活性中心的最大化,利用效率可接近100%,在理论上可以同时提高催化活性并降低成本。然而由于单原子具有极高的表面能,在合成和催化反应过程中容易团聚、稳定性差、寿命短且制备成本高,阻碍了其实际应用。

研究团队研制出具有大比表面积和丰富钛空位的二氧化钛纳米材料,以此为载体锚定过渡金属铜单原子,使铜与二氧化钛形成了牢固的‘铜-氧-钛’键。在光催化制氢反应过程中,一价阳离子铜和二价阳离子铜的可逆变化,大大促进了光生“电子-空穴”的分离和传输,大幅提高了光生电子的利用率,使产氢量子效率获得突破,达到56%。

Pt、Au和Pd等贵金属由于其低活化能和高效的电荷分离而常被用作光催化中的助催化剂,但是相应的成本也极高。新研制成果的二氧化钛基光催化材料,制备方法简单、成本低,与传统方法相比优势明显。而且新型光催化材料制备工艺简单,无需昂贵的设备,成本大幅降低。


编译 YUXI

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