分解水分子以生成清潔燃料 研究有前途的材料
隨著全球?qū)Φ厍驙顩r的日益關(guān)注，完善替代能源發(fā)電技術(shù)已成為全球研究人員的熱門話題。在研究產(chǎn)生清潔能源的許多技術(shù)中，水分解是一種非常有前途的技術(shù)。特別地，可以利用太陽能將水(H 2 O)分解成二氫(H 2)。這稱為光電化學水分解。二氫可用作其他機器的清潔燃料或發(fā)電，這意味著改進我們的水分解技術(shù)是減少碳排放和緩解全球變暖的有保證的方式。
光電化學水分解如何工作?簡而言之，如圖1所示，一種實現(xiàn)方法是使用某種類型的半導(dǎo)體材料(稱為光陽極)，并將其連接到小電壓源和用作陰極的金屬線。當暴露在陽光下時，水在這兩個末端被分為其構(gòu)成原子;組成原子重組形成有用的H 2和O 2作為副產(chǎn)物。這里的關(guān)鍵步驟是為光電陽極找到穩(wěn)定，高性能的材料，因為涉及形成O 2的氧化子步驟是最困難的步驟。
不幸的是，大多數(shù)研究都集中在一類稱為氧氮化物的光陽極上，這種光陽極具有不穩(wěn)定性并相對較快地降解，因為它們在光線照射下易于氧化。為了解決這個問題，由前田和彥教授領(lǐng)導(dǎo)的東京工業(yè)大學的一組研究人員將注意力集中在另一種光陽極材料上，即化學式為Pb 2 Ti 2 O 5.4 F 1.2的氟氧化物。該化合物由于其電子特性而不會遭受自氧化。
盡管據(jù)報道這種氟氧化物在許多其他應(yīng)用中很有前途，但尚未對其光電化學性能作為水分解用光陽極進行研究。研究小組在各種照明和施加電壓的條件下研究了該化合物，發(fā)現(xiàn)將其用作光陽極時，必須用其他化合物修飾其表面。首先，必須在氟化氧的表面上沉積一層氧化鈦(TiO 2)，以增加由水分解反應(yīng)產(chǎn)生的光電流。然后，通過進一步涂覆可穿透TiO 2裂紋的氧化鈷(CoOx)，可以大大提高光電陽極的性能。并促進所需的反應(yīng)。前田教授說：“事實證明，在大多數(shù)情況下，用水氧化促進劑對光陽極進行后修飾是實現(xiàn)穩(wěn)定性能所不可或缺的。”
研究人員進行了幾項實驗，以表征其光陽極及其在多種條件下的水分解性能，例如在不同類型的光下以及在不同的電壓和pH值(這是對水的酸度的度量)下。他們的研究結(jié)果令人鼓舞(圖2)，對于將其他研究者指向正確的方向非常有用。“到目前為止，氧氮化物和類似的化合物由于其固有的對自氧化的不穩(wěn)定性而被認為是有前途但難以處理的光陽極材料。Pb 2 Ti 2 O 5.4 F 1.2 前田教授總結(jié)說。在這方面，這是人們期待已久的突破。分水技術(shù)對于滿足我們的能源需求而又不損害環(huán)境至關(guān)重要，此類研究是實現(xiàn)我們的綠色未來目標必不可少的踏腳石。 。
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