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纳米晶体结合镍催化剂可提高光照制氢产量

时间:2018-02-09 00:16 来源: 作者: 点击:

    ? 氢气是一种清洁高效的燃料,很容易转化为电能,但缺点是制备工艺效率低下且成本太高。最近,美国罗彻斯特大学一个化学小组将一种纳米晶体与廉价的镍催化剂结合,改进了一种光照制氢系统,能以更低成本产出更多氢气。相关论文发表在本月出版的《科学》杂志上。 研究由罗彻斯特大学化学教授理查德·艾森伯格领导。艾森伯格从事太阳能系统研究已经20年,在他以往研究的系统中,在没有任何中间置换的情况下,氢原子流动率已经达到了1万,结合纳米晶体后,氢原子流动率超过了60万。 现有光照制氢气方法的缺点之一是缺乏可持续性。论文作者之一的托德·克劳斯说:“通常,捕获光能的是光催化剂系统中的有机分子。但这一过程只能持续几个小时,最多一天。”此外,传统的光催剂由铂和其他贵金属制成。另一位研究员帕德里克·赫兰说:“如果我们用更常见、更便宜而且毒性更低的金属,比如镍,生产将会更加可持续。” 研究小组将镍催化剂与纳米晶体结合解决了这些问题。他们的新工艺和其他光催化剂系统很相似,需要发色团(光吸收物质)、能结合质子和电子的催化剂、某种溶液(本研究中是水)。克劳斯提供了一种硒化镉量子点(也叫纳米晶体)作为发色团,而赫兰提供了一种镍催化剂(硝酸镍)。他们给纳米晶体涂上一层二氢硫辛酸使其溶解,然后在水中加入抗坏血酸,供给电子。 光源发出的光子会激发纳米晶体中的电子,将电子转移到镍催化剂中。当得到两个电子时,它们就会在催化剂表面和水中的质子结合,形成一个氢分子。这一系统非常稳定,能持续不断地生产氢气,直到两个星期以后拔掉电源。“如果我们更有耐心的话,可能时间还会更长。”赫兰说。 高效利用太阳光,为交通工具及其他电器生产出清洁、无碳能源,这一目标常被看作能源科学领域的“圣杯”。目前他们的工作还处于“基础研究阶段”,要让成本下降到与其他能源生产系统差不多的程度,使研究进入商业化还要再等几年。 赫兰说,最近镍的价格是8美元磅,而铂达到了24000美元磅。“任何需要大量氢气的行业都将从中获益,包括医药和化肥行业。”
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