科学家开发出能将阳光和水转化为清洁能源的非凡材料
文章来源：新能源网 更新时间：2024-08-02 14:24:09
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俄勒冈州立大学的研究人员创造了一种材料，它具有将阳光和水转化为清洁能源的非凡能力。由 OSU 理学院的 Kyriakos Stylianou 领导的一项合作创造了一种光催化剂，这种催化剂能够高速、高效地生产氢气，氢气可用于汽车燃料电池以及包括氨在内的多种化学品的生产、金属提炼和塑料制造。
Stylianou的研究重点是被称为金属有机框架（通常简称为MOFs）的多孔结晶材料。MOFs 由带正电荷的金属离子组成，周围环绕着有机"连接"分子，具有纳米级的孔隙和可调整的结构特性。它们可以设计成多种决定 MOF 性能的成分。 通过光催化进行水分离。资料来源：Kyriakos Stylianou 在这项研究中，研究人员利用 MOF 衍生出一种金属氧化物异质结--两种具有互补特性的材料的组合--制造出一种催化剂，当暴露在阳光下时，这种催化剂能快速高效地将水分离成氢。他们将这种异质结称为 RTTA，其特征是由 MOF 衍生的氧化钌和掺杂了硫和氮的氧化钛。他们测试了多种含有不同数量氧化物的 RTTA，结果发现它们明显胜出。 Stylianou说："在各种RTTA材料中，氧化钌含量最低的RTTA-1显示出最快的氢气生产速度和较高的量子产率。" 他指出，仅在一小时内，一克 RTTA-1 就能产生超过 10700 微摩尔的氢。这一过程利用光子--光粒子--的比率高达 10%，令人印象深刻，这意味着每 100 个光子击中 RTTA-1，就有 10 个光子促进了氢的产生。 "RTTA-1之所以具有显著的活性，是因为金属氧化物的特性和母体MOF的表面特性产生了协同效应，从而增强了电子传递，"Stylianou说。"这项研究凸显了 MOF 衍生金属氧化物异质结作为光催化剂用于实际制氢的潜力，有助于开发可持续的高效能源解决方案。" 与传统的通过产生二氧化碳的甲烷-蒸汽重整工艺从天然气中获取氢气的方法相比，通过催化工艺分裂水产生氢气的方法更为清洁。 目前从水中制氢的催化工艺涉及电催化--通过催化剂通电。电催化的可持续性取决于可再生能源的使用，而要在市场上具有竞争力，能源必须是廉价的。 目前，甲烷-蒸汽重整生产氢气的成本约为每公斤 1.5 美元，而绿色氢气的成本约为每公斤 5 美元。 "水是一种丰富的氢源，光催化技术提供了一种利用地球丰富太阳能制氢的方法，"Stylianou 说。"氧化钌并不便宜，但我们的光催化剂用量极少。对于工业应用来说，如果催化剂显示出良好的稳定性和可重复性，那么这种少量氧化钌的成本就变得不那么重要了。" |
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