太阳能制氢新突破!研究团队刚搞定了低成本制氧这“半个”问题

2021-07-26 14:28  来源:cnBeta.COM  浏览:  

水裂解装置示意(来自:UTEXAS / 科克雷尔工程学院)

在近日发表于《自然通讯》期刊上的一篇文章中,该校研究人员找到了一种利用阳光来有效从水中分离氧分子的方法。

早在 1970 年代,就已经有研究人员提出了利用太阳能来制氢的可能性。但由于无法找到有效催化的特殊材料,该方法迟迟未能流行开来。

光电阳极期间的几何结构与功能示意

科克雷尔工程学院的电气与计算机工程系教授 Edward Yu 表示:“你需要高效地吸收太阳能,同时确保材料不会在水解反应时被降解”。

事实证明,在水分解反应所需的条件下,善于吸收阳光的材料往往不够稳定,而稳定的材料又常常对阳光的吸收能力较差。

研究配图 - 1:金属-绝缘体-半导体光阳极示意

这些矛盾点,使得研究人员必须在多方面有所折衷。但通过将多种材料组合到单体设备中,即可有效化解这种冲突。

此例中,研究团队就结合了一种能够高效吸收太阳能的材料(比如硅),辅以稳定性更好的另一种材料(例如二氧化硅)。

研究配图 - 2:Al尖峰后的电阻变化

实际运用中,这又带来了另一项挑战 —— 在硅中吸收太阳能所产生的电子和空穴,必须能够轻松地穿过二氧化硅层。

一方面,这意味着层厚度不超过几纳米。但另一方面,它这又会降低其保护硅吸收剂免于降解的有效性。

研究配图 - 3:Ni 电沉积的表征

好消息是,研究团队找到了一种通过厚二氧化硅层来创建导电路径的方法。新方案能够低成本地运用,并扩展到大批量生产流程中。

为此,Edward Yu 及其团队率先在半导体电子芯片制造工艺中运用了这项新技术。

研究配图 - 4:Ni/90 nm SiO2/n-Si 光电层的 PEC 表征

通过铝薄膜涂覆二氧化硅层,然后价格整个结构,以形成铝“尖峰”阵列,并完全桥接二氧化硅层。然后就可轻易被镍、或其它有助于催化水分解的材料所取代。

当受到阳光照射时,这些器件能够有效地将让水形成氧分子,同时在单独的电极上产生氢气,并在长时间运行期间表现出出色的稳定性。

研究配图 - 5:不同模型的潜在分布模拟

更棒的是,由于制造这些设备的技术,已被广泛运用于半导体电子产品的制造,所以新装置的大规模生产也将相当容易扩展。

目前该团队已提交临时专利申请,并期望尽快将该技术投入商业化。

研究配图 - 6:Ni / SiO2 / P+n-Si 光电极的尖峰表征与模拟

有关这项研究的详情,已经发表在近日出版的《Nature Communications》期刊上。

原标题为《Scalable, highly stable Si-based metal-insulator-semiconductor photoanodes for water oxidation fabricated using thin-film reactions and electrodeposition》。

免责声明:本网转载自合作媒体、机构或其他网站的信息,登载此文出于传递更多信息之目的,并不意味着赞同其观点或证实其内容的真实性。本网所有信息仅供参考,不做交易和服务的根据。本网内容如有侵权或其它问题请及时告之,本网将及时修改或删除。凡以任何方式登录本网站或直接、间接使用本网站资料者,视为自愿接受本网站声明的约束。
相关推荐
大连化物所在光电催化分解水制氢研究中取得进展

大连化物所在光电催化分解水制氢研究中取得进展

近日,中国科学院院士、中科院大连化学物理研究所催化基础国家重点实验室、太阳能研究部研究员李灿团队在光电催化分解水制氢方面取得新进展,团队受自然光合作用Z机制的启发,实现了高效光电催化全分解水过程,该过程的分解水制氢效率达4.3%,是目前文献报道的最高效率。
我国科学家大幅提升利用太阳能制氢效率

我国科学家大幅提升利用太阳能制氢效率

记者26日从中国科学技术大学获悉,该校俞书宏院士团队基于窄带隙半导体材料,设计了一种具有近红外活性的晶格匹配的形貌异质结光阳极材料,所研制的异质结表现出优异的光电化学制氢性能。相关成果日前发表在《自然·通讯》上。
世界首个浮式海上风电制氢工厂计划明年投运

世界首个浮式海上风电制氢工厂计划明年投运

近日,由浮式风机供电的海上制氢工厂项目计划明年投入运营,这将是世界上第一个投入运营的浮式海上绿色制氢项目。该项目由法国可再生氢项目开发商Lhyfe与Chantiers de l'Atlast合作开发,位于法国勒克罗西克海岸的SEM-REV示范风场,项目将在基于GEPS技术的浮动平台上安装电解槽,并将其连接到包括Floatgen风机(2MW浮式风机)在内的海洋可再生能源装置。
全球24个最大的绿色氢气项目名录

全球24个最大的绿色氢气项目名录

随着越来越多的公司寻求尽早进入一个巨大且潜在利润丰厚的新行业,这一项目清单无疑将在未来几周和几个月内继续增加。我们不要忘记,尽管绿色氢气在运输、供热和重工业脱碳方面具有巨大潜力,但这仍然是一个新兴行业——目前已经在运行中的最大绿氢电解槽只有20兆瓦。
新型催化体系可实现高效电催化析氢

新型催化体系可实现高效电催化析氢

记者从中国科学院大连化学物理研究所获悉,该所研究员刘健团队与大连理工大学研究员周思,联合天津大学教授梁骥团队,通过单原子催化剂改性碳载体的策略,增强载体与其上负载金属粒子间的相互作用,构筑了钴单原子催化剂掺杂碳载金属钌(Ru)纳米反应器,实现了电催化析氢反应中绿氢的高效制备,为碳载金属纳米催化剂性能的调控提供了新思路。相关研究成果近日发表在《德国应用化学》上。

推荐阅读

关于我们 | 广告服务 | 联系我们 | 免责声明
京ICP备16023390号-2 Copyright © 能源界 服务台:010-63990880