杭电科研人员设计开发非贵金属光敏剂 降低催化制氢成本

发布者:王叶发布时间:2018-11-16浏览次数:790

浙江在线112日讯(浙江在线记者 张吉 通讯员 秦燕娟 周丽敏)氢是宇宙中分布最广泛的物质,它构成了宇宙质量的75%,因此氢能被称为人类的终极能源。但尽管如此,氢的开发利用一直是科研人员研究的焦点,能耗高、转化效率低等都困扰着氢的制备。

  “制氢技术不成熟,导致制备成本高、能效低等,都是制约氢能发展的关键因素。” 杭州电子科技大学副教授、浙江省自然科学基金项目主持人元勇军博士分析道,虽然传统的烃类裂解和电解水制氢技术转化效率较高,但制备成本高,限制了其大规模制备。

  而光催化分解水技术利用太阳能与光催化剂直接将水分解生成氢气和氧气,是太阳能转换为氢能最理想的途径,却也遭遇到了太阳能利用效率低和光催化剂高成本的制约。

  去年底,由元勇军主持的省自然科学基金项目“D-π-A 卟啉锌光敏剂制备及其在光催化制氢中的性能研究”完成结题,在持续近3年的研究中,科研团队设计开发了宽光谱响应范围的非贵金属材料的光敏剂,以提高太阳能的利用效率和降低太阳能转换为氢过程的成本。

  

元勇军介绍,课题的来源是受到叶绿素光合作用为启发,在自然界中,卟啉锌”是天然光合作用的叶绿素的主要化学成分之一,通过自然界中的卟啉锌结构的修改和重新设计,开发了D-π-A型卟啉锌光敏剂。

  “自然条件下的卟啉锌呈现为绿色,也就是植物叶子的颜色,从光谱上看只能吸收利用蓝光,紫光”,元勇军告诉记者,通过“改造”后的D-π-A型卟啉在自然光下呈现暗红色,这样就能吸收近50%的太阳光,也就是可吸收紫光、蓝光、绿光、黄光、红光和近红外光,“这也就意味着太阳能转换效率的提升。”

  与此同时,D-π-A型卟啉锌在可见光区域具有强的光捕获能力,同时这类配合物还具有高的化学稳定性、结构易于修饰、不含贵金属、氧化还原电位易于调控等优点,这对于降低光催化反应的成本起到了关键作用。

  

  据了解,基于贵金属配合物的光催化制氢体系可以快速地催化水还原,但贵金属在地球中存量少、价格昂贵,广泛使用贵金属配合物在成本上受到限制、含有的贵金属容易对环境造成重金属污染等一系列问题。以贵金属铂、铱为例,每克价格均在300-400元之间,成本高于黄金。而锌金属在地球中存量丰富,开发卟啉锌光催化材料,可以有效地降低成本。

  此项研究则为研究和发展高效、稳定、低成本的光催化还原水制氢体系提供重要的借鉴和参考价值。