杨国伟教授研究组在先进能源材料研究中取得重要进展

        杨国伟教授研究组最近在新型光催化分解水产氢系统的设计研究方面取得重要进展,相关成果发表在国际能源材料著名学术刊物《Advanced Energy Materials》(SCI影响因子16.14)。

        自上世纪70年代以来,光催化分解水制氢一直被认为是一种非常有应用前景的光能与氢能的转换技术。传统的光催化分解水系统是将光催化剂粉末分散于水中,在垂直入射光的作用下发生氢还原反应。显然,这种粉末分散系统存在两个问题:(1)由于液体的反射、散射以及上层光催化剂粉末的屏蔽作用而造成光能的不充分利用;(2)催化剂粉末的回收过程中需要的多次离心、过滤或其他复杂的分离方法导致的操作不便和粉末损耗。为了解决上述两个问题,杨国伟教授研究组的林昭勇博士生设计了一种新型的悬浮光催化系统,也就是在导电、亲水、低密度、具有三维多孔结构的泡沫碳片上,依次沉积助催化剂硒化钨膜和光催化剂嵌入纳米金刚石的氧化亚铜粉末组装成一个悬浮光催化系统。该系统工作时悬浮于水面上,能够充分利用入射的太阳光;在回收的过程中,只需将取出该片即可,避免了繁琐的分离操作。由于对光的充分利用以及硒化钨的助催化作用,此悬浮光催化系统相比于传统的粉末分散系统,光催化制氢速率提高了13.2倍。在理论上,本研究组的李继玲副教授通过第一性原理计算,证明了硒化钨的助催化效应是由其对氢原子强的化学吸附作用(易吸附氢原子)和对氢分子弱的物理吸附作用(易脱附氢分子)决定的。显然,这些研究从实验和理论上,为新型光催化分解水制氢系统的设计和助催化剂的研发提供了新的思路。相关成果已经在线发表于Advanced Energy Materials(DOI:10.1002/aenm.201600510, http://dx.doi.org/10.1002/aenm.201600510)。

    本研究得到光电材料与技术国家重点实验室的大力资助。

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