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日本開發出新型非貴金屬光解制氫催化劑
來源:氫分子產業網 發表時間:2017-10-30 15:22:06 閱讀:2901

 據國外網站報道:利用太陽能進行光催化裂解水產氫成本相對低廉,是一種有望實現規模化制氫的途徑。但太陽能光解制氫依賴于貴金屬催化劑,這也在一定程度上限制了其產業化。開發非貴金屬催化劑成為當前的研究熱點。

近日,日本大阪大學研究人員開發了一種新型光催化劑,該催化劑不僅采用非貴金屬材料,而且具備從紫外到近紅外區域的寬光譜太陽能吸收能力,用于光解制氫效率更高。該項研究成果日前以“Metal-Free Photocatalyst for H2 Evolution in Visible to Near-Infrared Region: Black Phosphorus/Graphitic Carbon Nitride”為題發表在了《美國化學學會》期刊上。

該項研究由Tetsuro Majima教授領銜,研究團隊制備了由黑磷(BP)和石墨相氮化碳(CN)納米片組成的二元納米復合材料(BP/CN),利用該材料實現了在近紅外光譜的低能量光譜區,仍可持續制氫。

在可見光照射下黑磷作為激發態石墨相氮化碳的電子受體,使得電子傳遞到黑磷的導帶,之后在近紅外光照射下連同黑磷導帶的電子束縛于黑磷和石墨相氮化碳的P-N配位鍵界面,從而生產氫氣。實驗結果表明,相比于單一組份產生的氫氣量,在波長λ>420 nm光照、無金屬元素的條件下,BP/CN二元納米復合材料3小時內產氫量可達到1.93μmol。更出人意料的是,在λ> 780 nm光照下3小時,BP/CN二元納米復合材料也能穩定地產生氫氣(0.46μmol)。光催化制氫性能的提升歸因于黑磷和石墨相氮化碳之間強烈的界面相互作用以及有效的界面電荷轉移,從而抑制光生載流子的復合,進而提高其光催化性能。BP/CN作為一種在可見光和近紅外光區域具有廣泛吸收的非金屬光催化劑,在新型能量轉換系統的發展中具有較強的優勢。

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