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稳定太阳能制氢用水分裂光电极的策略
2022年07月14日    阅读量:     新闻来源:中国化工网 okmart.com  |  投稿

近年来,工程师们一直在努力设计新技术,以更可持续地生产和储存能源,希望克服全球对化石燃料的依赖,并应对气候变化。一个备受关注的解决方案是通过一种称为水分解的过程将太阳能转化为氢气。

水分解是一种化学过程,通过该过程,水可以分解为两种主要成分:氢和氧中国化工网okmart.com。光电化学(PEC)水分解过程可以从阳光和水中生产绿色氢。

要大规模实施,PEC设备不应太昂贵,并且应具有较长的寿命。然而,到目前为止,使用广泛可用且价格合理的材料开发长期稳定的设备具有挑战性。

事实上,过去的研究表明,由地球上丰富的材料(如吸光半导体)制成的光电极在暴露于阳光下时容易腐蚀。这严重阻碍了基于这些丰富且价格更实惠的材料的PEC器件的发展。

延世大学的研究人员最近介绍了一种新的策略,可以提高PEC分水装置中光电极的稳定性。该方法在《自然能源》杂志上发表的一篇论文中介绍,需要使用基于水凝胶的透明层来保护光电阴极(即当暴露于辐射能光时发射电子的带负电电极)。


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“半导体的严重光腐蚀和光催化剂的不稳定性阻碍了光电化学器件的寿命,”Jeiwan Tan和他的同事在论文中写道。“我们报告了一种稳定光电化学装置的策略,该装置使用聚丙烯酰胺水凝胶作为顶部保护层上的高渗透性和透明装置。”

谭和他的同事设计的渗透透明的保护层灵感来自于光合海洋植物。包括海藻在内的这些植物的细胞表面覆盖着纳米多孔保护水凝胶。这种氢可以防止细胞因与水环境中的力和生物体的物理接触而变形和破裂。

当海藻细胞被这种氢覆盖时,它们可以透射光并保持其水位。研究人员试图创建一个类似的保护层,可以防止光电极的腐蚀,从而提高PEC器件的稳定性。他们在三硒化锑(Sb2Se3)制成的光电阴极上测试了这一层。

研究人员在论文中写道:“水凝胶保护的Sb2Se3光电阴极在100小时以上表现出稳定性,保持约70%的初始光电流,降解速率逐渐降低到饱和水平。”。“在这段时间之后,Pt/TiO2/Sb2Se3光电阴极的结构稳定性保持不变,并通过水凝胶中形成的微气体通道确保有效的气泡逸出,以实现机械稳定的保护。”

研究人员进行的初步试验取得了非常有希望的结果,表明其保护氢可以防止用于水分解应用的基于Sb2Se3的光电探测器的降解和腐蚀。谭和他的同事还表明,他们的水凝胶保护剂与具有广泛pH值的电解质兼容,同时始终使用SnS光电阴极和寿命约为500的BiVO4光电阳极鈥塰我们的

未来,他们论文中介绍的水凝胶保护剂可用于保护各种PEC装置内的光电阴极,以进行水分解。这可能有助于大规模实施这些设备,最终有助于应对气候变化。

漏 2022年科学X网络

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