Ukjent! Kinesiske forskere avslører den "magiske magien" ved solenergifotokatalytisk hydrogenproduksjon

Fotokatalytiske solreaksjoner kan splitte vann for å produsere hydrogen og redusere karbondioksid for å produsere "solbrensel". Hvordan den magiske "magien" av sollys blir realisert har alltid vært et vanskelig problem innen vitenskapen. Nylig kom gode nyheter fra det kinesiske vitenskapsakademiet: forskergruppen ledet av akademiker Li Can og forsker Fan Fengtao fra Dalian Institute of Chemical Physics, Chinese Academy of Sciences (heretter referert til som "Dalian Institute of Chemical Physics") avdekket med suksess dette mysteriet og "fotograferte" den fotogenererte ladningen Transfer evolution full space-time bilder. Relevante forskningsresultater ble publisert i det internasjonale akademiske tidsskriftet «Nature» 12. oktober.

Den vitenskapelige kjerneutfordringen med fotokatalytisk vanndeling ligger i hvordan man oppnår effektiv separasjon og transport av fotogenererte ladninger. "I prosessen med fotokatalyse må fotogenererte elektroner og hull skilles fra det indre av mikronano-partikler og overføres til overflaten av katalysatoren for å starte den kjemiske reaksjonen." Fan Fengtao introduserte at siden denne prosessen spenner fra femtosekunder til sekunder, fra atomer til mikron, er det ekstremt utfordrende å avdekke den mikroskopiske mekanismen til denne prosessen.

"I lang tid har teamet vårt jobbet med å løse dette problemet. I dette arbeidet, med integrering av en rekke avanserte teknologier og teorier, sporet vi hele prosessen med separasjon og overføringsutvikling av fotogenererte ladninger i nanopartikler i hele romtiden domene. "sa Li Can.

I følge Li Can, ved å integrere en rekke avanserte karakteriseringsteknikker og teoretiske simuleringer, inkludert tidsoppløst fotoemisjonselektronmikroskopi (femtosekunder til nanosekunder), transient overflatefotospenningsspektroskopi (nanosekunder til mikrosekunder) og overflatefotospenningsmikroskopi (mikrosekunder) sekund til sekund) , etc., som et stafettløp, for første gang i en fotokatalysatorpartikkel for å spore hele mekanismen til elektroner og hull som når overflatereaksjonssenteret.

Evnen til å spore ladningsoverføring i tid og rom vil i stor grad fremme forståelsen av komplekse mekanismer i energikonverteringsprosessen, og gi nye ideer og forskningsmetoder for rasjonell design av fotokatalysatorer med bedre ytelse. "I fremtiden forventes denne prestasjonen å fremme bruken av solenergifotokatalytisk vannsplitting for å produsere "solbrensel" i det virkelige liv, gradvis gjøre drømmer til virkelighet og gi ren og grønn energi for vår produksjon og livet," sa Li Can.

Det er tre typiske tekniske ruter for solenergispalting for å produsere hydrogen, nemlig fotovoltaisk assistert elektrolyse av vann, fotokatalytisk vannsplitting og fotokatalytisk vannsplitting. Blant dem, fotovoltaisk assistert elektrolyse av vann, det vil si bruken av grønn elektrisitet generert av solceller for å elektrolysere vann for å produsere grønt hydrogen.

Det er det enkleste og mest økonomiske å bruke fotokatalysatorer for å realisere solenergispalting for å produsere hydrogen. Enhetskonstruksjonen er enklere, den totale kostnaden er billig, og den er lett å skalere opp. Denne teknologien startet i 1972 da to professorer, Fujishima A og Honda K fra University of Tokyo rapporterte for første gang at TiO2 enkrystallelektroder fotokatalytisk dekomponerer vann og genererer hydrogen, og avslører dermed muligheten for å bruke solenergi til direkte å dekomponere vann for å produsere hydrogen Mulighet, åpnet forskningsveien for hydrogenproduksjon ved fotolyse av vann ved bruk av solenergi. Fotokatalysatorer som for tiden går inn i synsfeltet til forskere inkluderer tantalater, niobater, titanater og polysulfider.

I tillegg til søket etter katalysatorer, er hvordan man oppnår effektiv separasjon og transport av fotogenererte ladninger også en viktig del. Oppdagelsen av Dalian Institute of Chemical Physics har en stor rolle i å fremme fotokatalytisk hydrogenproduksjon.