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能源材料

能源材料

新型光催化剂可生产液体燃料,副产物很少

09 Sep 2020
能量转换器
能量转换器:该设备将阳光,二氧化碳和水转换为氧气和甲酸。 (礼貌:剑桥大学)

通过使用光将二氧化碳和水转化为有用的化学燃料的新型光催化剂片 欧文·赖斯纳 和剑桥大学的同事。该设备产生的甲酸是一种液体燃料,几乎没有多余的副产物。随着转换效率的提高,该系统将很快为大规模的碳中和燃料生产做出重要贡献。

数十亿年以来,光合作用为活细胞提供了一种利用阳光将二氧化碳和水转化为化学燃料的有效方法。最近,研究人员已朝着实用技术迈进了一大步,这些技术利用这一过程来生产碳中和燃料。然而,到目前为止,这些设备通常需要牺牲试剂来催化水的氧化-这是光合作用过程的关键部分。这会产生不需要的副产物,这些副产物需要与有用的燃料分离,从而限制了该技术的可持续性。

Reisner的团队在研究中开发了一种更先进的设备,该设备集成了两种掺杂的,吸收光的半导体粉末,这些粉末固定在金的导电层上。另外,分子钴基光催化剂被嵌入到片材中。

电子过量

当阳光照射到薄片上时,两个半导体中都会产生电子-空穴对。一种半导体通过金层将电子转移到另一种,留下了多余的带正电的空穴。然后,这些孔可以被水通过通过光催化剂实现的氧化反应给与的电子所填充。同时,另一半导体中过量的电子导致二氧化碳进行还原反应以生成甲酸盐。这是一种可用于制造甲酸的负离子,可作为液体储存。

构成该装置的粉末和催化剂易于大量生产且廉价,并且水作为电子给体的作用消除了对浪费的氧化触发试剂的需求,从而大大提高了该方法的可持续性。尽管该小组的最初实验产生的太阳到甲酸转化率很低,仅为0.08%,但他们证明了97±3%的极高的甲酸选择性,几乎没有多余的副产物。

Reisner及其同事以20厘米的床单面积实现了这些结果2,但相信将其放大到几平方米相对容易–使其适合用于商业太阳能场。由于甲酸盐是一种稳定的液体燃料,因此可以轻松地存储和运输,或者在必要时将其转化为气态氢燃料。此外,该设备完全是无线的,不需要外部电源,从而进一步提高了其可持续性。

现在,研究人员将通过试验各种不同的光催化剂,将其设备的转换效率提高到适合商业化的水平。通过这些改进,光催化剂片材将很快变得适用于大规模的实际太阳能生产,从而积极减少大气中的二氧化碳含量。

该研究描述于 自然能源.

版权©2020年由IOP 出版 Ltd和个人贡献者