2023年第一期Nature出炉,光催化强势登顶!
摘要:在140分钟的测试中,该系统实现了6.2%的平均STH效率,这是迄今报道的自然光下光催化分解水的最高值之一
第一作者:Peng Zhou
通讯作者:Zetian Mi
通讯单位: 美国密歇根大学
DOI:
https://doi.org/10.1038/s41586-022-05399-1
从太阳光和水这两种地球上最丰富的自然资源中生产氢气燃料为实现碳中和提供了最有前途的途径之一。一些太阳能制氢方法(例如光电化学水分解),往往需要腐蚀性的电解质,这大大限制了它们的性能稳定性和环境可持续性。另外,清洁的氢气可以直接从太阳光和水中通过光催化水分解法生产。然而,光催化水分解的太阳能-氢气(STH)效率仍然很低。
本研究开发了一种策略,利用纯水、太阳光和InGaN光催化剂,实现了9.2%的高STH效率。这一策略的成功源于促进正向氢-氧析出和抑制反向氢-氧复合的协同效应。最佳反应温度为~70摄氏度,可直接通过收集太阳光中浪费的红外光来实现。此外,这一策略能够从来源广泛的自来水和海水中获得约7%的STH效率,以及在自然太阳能光容量为257瓦的大型光催化水分离系统中获得6.2%的STH效率。本研究提供了一种实用的方法,利用自然太阳能光和水有效地生产氢燃料,克服了太阳能制氢的效率瓶颈。



在140分钟的室外测试中,InGaN/GaN NW的TOF值和TON值分别为24,063 h−1和56,148,表明InGaN/GaN NW光催化剂的使用效率很高。然而,在进一步的室外测试中,助催化剂的部分损失降低了光催化剂系统的STH效率,这个问题有待解决。本研究的发现表明,利用阳光和自来水或海水高效地生产氢气是可能的。
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