高效率高价值的光催化纯水分解
高效率高价值的光催化纯水分解
高效率高价值的光催化纯水分解
光催化水分解制氢，自实际70年代以来一直为众多学者关注，至今也取得了众多重要进展。然而，目前还存在一些不能回避的重要问题，成为阻碍该领域发展的瓶颈。首先，光催化将纯水分解为计量比的氢和氧是本领域一直以来追求的目标，即全分解水（POWS），由于产氧的4电子过程导致整个反应效率非常低；而产生的氢和氧发生的逆反应非常严重，使得本就不高的效率更低。同时，由于产物是气态氢和氧，其安全与分离问题会导致高额的应用成本。
介孔板钛矿单晶催化剂（左）及其光解水性能（右）
为解决上述问题，获得具有应用潜力的光催化水解制氢过程，本组采用新型催化剂+新反应途径的策略，即在纳米化的介孔板钛矿单晶体系，实现了纯水高效地光催化分解为气态氢气和液态双氧水的过程（PIWS），产氢效率是氧化钛体系光解水最优值的13倍，AQY达到43%。形成双氧水的2电子过程动力学更加有利，使过程效率极大提升；产物气态氢气和液态双氧水避免了逆反应的发生，进一步巩固了过程的高效率。同时，反应产物没有安全与分离问题，使过程成本明显下降。最后，以双氧水替代氧气，使整个过程的价值极大提升。经多种技术分析与实验验证，该催化剂表面物化性质与形貌对其具有高效率至关重要。
介孔板钛矿单晶催化剂中Pt与Ti的化学环境（上）及其光解水机理（下）
PIWS过程示意图
PIWS过程可谓一石多鸟，为光催化水解提供了全新思路，具有良好应用潜力。该光催化体系的固载化应用性能良好，稳定性10天以上（每天光照12h）；其海水分解产氢性能与纯水接近。文章发表在Nano Energy上。