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分解水分子以生成清洁燃料 研究有前途的材料

2019-10-18 10:03:12 • 来源：

随着全球对地球状况的日益关注，完善替代能源发电技术已成为全球研究人员的热门话题。在研究产生清洁能源的许多技术中，水分解是一种非常有前途的技术。特别地，可以利用太阳能将水(H 2 O)分解成二氢(H 2)。这称为光电化学水分解。二氢可用作其他机器的清洁燃料或发电，这意味着改进我们的水分解技术是减少碳排放和缓解全球变暖的有保证的方式。

分解水分子以生成清洁燃料 研究有前途的材料

光电化学水分解如何工作?简而言之，如图1所示，一种实现方法是使用某种类型的半导体材料(称为光阳极)，并将其连接到小电压源和用作阴极的金属线。当暴露在阳光下时，水在这两个末端被分为其构成原子;组成原子重组形成有用的H 2和O 2作为副产物。这里的关键步骤是为光电阳极找到稳定，高性能的材料，因为涉及形成O 2的氧化子步骤是最困难的步骤。

不幸的是，大多数研究都集中在一类称为氧氮化物的光阳极上，这种光阳极具有不稳定性并相对较快地降解，因为它们在光线照射下易于氧化。为了解决这个问题，由前田和彦教授领导的东京工业大学的一组研究人员将注意力集中在另一种光阳极材料上，即化学式为Pb 2 Ti 2 O 5.4 F 1.2的氟氧化物。该化合物由于其电子特性而不会遭受自氧化。

尽管据报道这种氟氧化物在许多其他应用中很有前途，但尚未对其光电化学性能作为水分解用光阳极进行研究。研究小组在各种照明和施加电压的条件下研究了该化合物，发现将其用作光阳极时，必须用其他化合物修饰其表面。首先，必须在氟化氧的表面上沉积一层氧化钛(TiO 2)，以增加由水分解反应产生的光电流。然后，通过进一步涂覆可穿透TiO 2裂纹的氧化钴(CoOx)，可以大大提高光电阳极的性能。并促进所需的反应。前田教授说：“事实证明，在大多数情况下，用水氧化促进剂对光阳极进行后修饰是实现稳定性能所不可或缺的。”

研究人员进行了几项实验，以表征其光阳极及其在多种条件下的水分解性能，例如在不同类型的光下以及在不同的电压和pH值(这是对水的酸度的度量)下。他们的研究结果令人鼓舞(图2)，对于将其他研究者指向正确的方向非常有用。“到目前为止，氧氮化物和类似的化合物由于其固有的对自氧化的不稳定性而被认为是有前途但难以处理的光阳极材料。Pb 2 Ti 2 O 5.4 F 1.2 前田教授总结说。在这方面，这是人们期待已久的突破。分水技术对于满足我们的能源需求而又不损害环境至关重要，此类研究是实现我们的绿色未来目标必不可少的踏脚石。 。

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