水分解能源生产的新方法

中国的一个研究小组提出了一种新型高效的太阳能水分解的方法。新论文的演示的方法ACS应用材料欧洲杯足球竞彩涉及修改钒酸铋电极,以提高电荷分离。该方法提供了一个简单的修改路线和一个很有前途的设计策略。

研究:高效的太阳能水将通过增强BiVO的电荷分离₄光电阳极。图片来源:弗雷德曼特尔/ Shutterstock.com

光电化学分解水

迫切需要逐步淘汰化石燃料温室气体推动了生产替代燃料的研究。氢是一种丰富,碳中性,可再生资源可以满足人类社会的能源需求。

光电化学分解水(压电)是一种绿色战略生产氢的最丰富,最干净,和地球上的可再生能源——水。光电化学材料用于收获来自太阳的光能量,然后欧洲杯足球竞彩分离水成它的组成部分——氢气和氧气。氢然后恢复生产增值产品,如电力或燃料和氧气释放清洁反应的副产品。

紫外可见扩散反射光谱纯BiVO₄和Ni-NDAD / BiVO₄。图片来源:王,L et al ., ACS应用能源材料欧洲杯足球竞彩

光电阳极

在光电化学分解水系统中,材料的选择是至关重要的,以确保反应的效率。欧洲杯足球竞彩多年来,许多材料已经探索了光电阳极,被Ti欧洲杯足球竞彩O最早的报道材料₂。其他催化剂,研究了用于压电陶瓷设备包括氧化锌、铁₂O₃,我们₃,BiVO₄(钒酸铋)。

其中,单片BiVO₄已经被证明是一个有吸引力的半导体材料,具有一个狭窄的带隙和适当的带边位置的反应。然而,这种材料具有一定的局限性,主要是其不利的电子空穴的复合率,减缓水氧化动力学。这些缺点引起反应的实际效率低于他们的理论效率。

使用复合材料是一种策略来克服这种欧洲杯足球竞彩光催化材料的缺点。功能材料的研究开发了复合材料,包括CoOOH / BiVO欧洲杯足球竞彩₄和有限公司₃O₄/ BiVO₄。将功能材料纳入复合材料提高了阳极的电荷分离和动力学欧洲杯足球竞彩,促进光解水制氢研究更有效。

近年来,研究人员调查了使用金属配合物,如钴、镍和铁对压电陶瓷的反应。这些材料已引欧洲杯足球竞彩起关注,因为增强性能的催化剂,丰富的结构,和多样化的功能。

Ni-NDAD / BiVO的TEM图像₄。图片来源:王,L et al ., ACS应用能源材料欧洲杯足球竞彩

研究

虽然有越来越多的研究将BiVO金属配合物₄光电阳极制造复合材料,提高水分解反应的效率的影响,几乎没有研究将Ni-欧洲杯足球竞彩NDAD BiVO层₄复合材料。该团队使用的长期生产BiVO水热方法₄/ Ni-DAD复合光电阳极。

准备的材料显示了优越的光电流密度比纯BiVO₄在硼酸钾电解质。获得的数据是纯BiVO所显示的三倍多₄。分析显示,高的存在大量的活跃的站点和Ni-NDAD的超薄结构导致了复合BiVO增强型电荷分离₄/ Ni-NDAD材料。

透射电子显微镜显示BiVO之间存在紧密的相互作用₄和Ni-NDAD层,促进有效的电荷转移。作者指出,这可能有利于高效的压电陶瓷的设计系统。Ni-NDAD起着关键作用的光能量转换成电能。

另一个研究的关键发现是增强复合材料的催化活性。压电陶瓷催化活性是评价金霉素,抗生素,在过硫酸盐。这种抗生素的降解活动推广的新型光催化剂的研究和在三十分钟内达到89.19%。这个活动是有益的越来越多的注意力集中在释放到环境中的抗生素和抗药细菌的崛起。

作者调查的稳定性提出了材料,这对实际应用是至关重要的。他们执行三个重复实验金霉素退化,展示在光催化活性没有显著的减少。SEM图像和XRD显示模式几乎没有变化,说明材料的稳定性。

Ni-NDAD / BiVO SEM图像₄光电阳极CTC派克退化后测试。图片来源:王,L et al ., ACS应用能源材料欧洲杯足球竞彩

总之

压电陶瓷的研究表明一个有前途的光电阳极水分裂BiVO结合的应用程序₄和Ni-NDAD。准备的材料的研究显示显著提高电荷分离和可以提供比纯BiVO光电流密度高₄光电阳极,改进当前压电陶瓷水分解技术。

光电化学分解水有潜力提供一个清洁和可持续的绿色制氢途径,帮助实现零到2050年全球减排目标。虽然在该地区仍有重大挑战,本研究提出一个创新的,低成本,高效的方法来改善压电陶瓷水分离技术。

进一步的阅读

Wang L et al。(2022)高效的太阳能水将通过增强BiVO的电荷分离₄光电阳极ACS应用能源材料欧洲杯足球竞彩[网络]pubs.acs.org。可以在:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsaem.2c00779

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