催化剂开发提供高效太阳能Energy-to-Hydrogen转换

太阳能转换成氢能源是一种很有前途的和绿色技术解决能源短缺和减少化石燃料的排放。一个研究小组从香港城市大学(城大)最近开发了一种无铅钙钛矿光催化剂提供了高效太阳能energy-to-hydrogen转换。

最重要的是,他们推出了固相固相的界面动态(金属卤化物钙钛矿分子之间)和固液(金属卤化物钙钛矿和电解质)之间的接口在光电化学制氢。最新的发现打开一种大道开发更高效的太阳能生产氢燃料在未来的方法。

氢气被认为是一个更好的和更有前途的可再生能源替代由于其丰富,能量密度高,环境友好。除了光电化学分解水,生产氢的另一个有前途的方法是通过分割hydrohalic使用太阳能催化剂酸。但长期稳定的催化剂是一个关键的挑战,因为大多数过渡金属氧化物或金属制成的催化剂在酸性条件下不稳定。

“含铅混合钙钛矿是用来克服这种稳定性问题,但高水溶性和铅的毒性限制了他们潜在的广泛应用,”山姆徐Hsien-Yi博士解释说,能源与环境学院助理教授材料科学与工程学系使用证。相比之下,“Bismuth-based钙钛矿已确认提供一种无毒,化学性质稳定的太阳能燃料替代应用程序,但光催化效率需要提高。”

动力设计一个高效、稳定的光催化剂,许博士和他的同事最近开发出一种bismuth-based卤化物钙钛矿结构的能带隙将高效的载波传输。这是mixed-halide钙钛矿,碘离子的分布逐渐减少从表面到内部,形成一个能带漏斗结构,促进photo-induced室内表面的电荷转移一个高效光催化氧化还原反应。这个新设计的钙钛矿太阳能能量转换效率高,表现出一个氢产生率提高到341±61.7µmol h−1白金co-catalyst可见光照射下。的发现发表一年前的一半。

但是许博士的团队并没有就此止步。“我们想要探索金属卤化物钙钛矿之间的动态相互作用分子和那些光电极和电解质之间的接口,它仍然未知,“许博士说。“因为光电化学制氢催化过程,高效氢生成可以通过强烈的光吸收利用半导体光催化剂与合适的能带结构和有效的电荷分离,通过外部电场semiconductor-liquid界面附近形成的。”

发现激子转移动力学,研究小组利用与温度有关的时间分辨光致发光分析能源运输之间的电子空穴对钙钛矿的分子。他们还评估了扩散系数和电子转移速率常数的金属卤化物钙钛矿材料解决方案来说明电子传递的有效性通过固液界面之间perovskite-based光电极和电解质。“我们新设计的光催化剂可以有效地演示了如何实现高性能的光电化学氢生成的结果有效的电荷转移,“许博士说。

在这个实验中,研究小组还证明隙将结构化卤化物钙钛矿有更有效的电荷分离和转移过程之间的接口电极和电解质。改进后的电荷分离可以驱动电荷载体的迁移到表面的金属卤化物钙钛矿沉积在导电玻璃光电极,允许更快的光电极表面的光电化学活动。因此,能带漏斗内的有效电荷转移金属卤化物钙钛矿结构表现出增强的光辐照下光电流密度。

“发现这些新材料的界面动力学过程中光电化学氢生成是一个至关重要的突破,“许博士解释说。“界面之间的相互作用的深入理解金属卤化物钙钛矿和液体电解质可以构建一个科学的基础研究人员在这一领域进一步研究的发展替代solar-induced氢气生产和有用的材料。”

这项研究结果发表在《科学》杂志上先进材料名为“解体的带隙将界面动力学bismuth-based卤化物钙钛矿”。选择了研究出现在里面的封底先进材料。

参考:张唐Y,麦CH, J, et al .解体的界面动态隙将bismuth-based卤化物钙钛矿。阿德母亲。2023年,35 (2):2207835。doi:10.1002 / adma.202207835

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