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记澳门网上网站大全娱乐电力学院光催化制氢实验室

      书写“水变氢”的传奇——记澳门网上网站大全娱乐电力学院光催化制氢实验室 
  (记者 吴苡婷)氢能是一种非常优越的新能源,它的燃烧性能好,每千克氢燃烧后的热量,约为汽油的3倍,酒精的3.9倍.焦炭的4.5倍。燃烧的产物是水,是世界上最干净的能源。在常温上用低廉的方法把水变成氢气是全世界科学家的梦想。在澳门网上网站大全娱乐电力学院能源与环境学院的一个普通的实验室里,中国的学者也在为这一梦想的实现而努力。
  建立仅2年,这个实验室已经承担了澳门网上网站大全娱乐市科委的“用于燃料电池的制氢技术研究与开发”项目和“用于光催化氨水法脱硫制氢新技术的纳米光催化剂研究”。“新型出氢光催化助催化剂的研究”项目还被列入澳门网上网站大全娱乐市青年科技启明星人才计划。实验室已经发表SCI论文多篇。
  阳光下高效的制氢装置
  走进实验室,扑面而来的是窗边一个比较复杂的玻璃实验装置。整个装置沐浴在春日的阳光下。水被放置在一个双层反应器中,反应器经一些细细的管子与玻璃实验系统相连接,光照后就可以在玻璃实验系统内收集到了大量的氢气。而这个反应的秘密就存在于光催化剂,它和太阳光作用,导演了这场光能转变为化学能的表演。实验室负责人姚伟峰教授告诉记者,水中的氢氧键和氢键要分离需要很大的外界能源作用。过去有两种分离方法:一种是在高温下进行分离,而另一种可以在波长小于165nm的远紫外光线的照射下发生。但是自从1972年,日本学者Honda和Fujishima在n型半导体Ti02电极上发现了水的光电催化分解作用,常温可见光照射下水变成氢的神话就有了可能。
  这是一个神奇的过程,在前辈科学家的研究基础上,实验室开发出了硫化铬基新型光催化剂。在太阳光照射下,黄色的光催化剂表面会产生光生电子和光生空穴,光生电子被氢离子所捕获,就产生出氢气。如果水中添加易被氧化的材料,比如亚硫酸盐,使光照产生的光生空穴被消耗掉,氢气的产生速度将会大大加快。实验室目前分解水制氢活性的光量子效率已达到了61%(光照范围为波长300~500nm的太阳光)。
  值得一提的是,采用的光催化反应体系,使用铂贵金属助催化剂的数量大大减少,成本降低的同时转化效率却有很大程度的提高。
  剑指偏锋也带来环保功效
  光催化剂不仅在“水变氢”的神话中发挥着神奇的功能,它还可以处理染料废水。
  染料废水是我国目前几种难治理的行业性废水之一,随着染料和印染工业的迅速发展,对环境的危害日趋严重,染料废水的特点是:种类多产品更换频繁,水质成分复杂,色度深毒性大,传统水处理工艺中采用的吸附、絮凝及生物氧化法往往不能达到满意的去除效果。
  我国水污染状况日趋严重,现有的治理技术及设施急需更新改造,一些高新技术由于运转费用高而限制了在国内的发展。而这种类型的催化剂不仅对污染物治理彻底,而且节约能源。而它对于染料废水处理的机制也近似于“水变氢”。它利用光生电子和光生空穴的氧化能力,使染料分子被氧化以致于最后完全碳化,从而使得染料废水的处理有了可能。而这种技术由于对污染物治理彻底,而且节约能源,十分符合我国在环境治理中高效率低消耗的要求。
  研发更有价值的催化剂
  目前,实验室还在研发和开发其他新型可见光响应型光催化剂。走进实验室,还可以看到许多用于材料制备的设备,比如水热反应釜,真空干燥器,高速离心机等。
  一种光催化分解水生成氧气的催化剂是他们近期的一项重大成果。实验室科研人员发现钼离子掺杂可以提高光催化剂钒酸铋的表面酸性,从而大大促进光解水制备氧气的速度,其在420nm可见光照射的光量子效率达到31%。适合制备氧气的光催化剂研究并不是单兵作战,其实它与适合制备氢气的光催化剂的研究相辅相成。姚伟峰教授先容说,如果将两个类型的催化剂联合使用,强强联合,可以实现在可见光照射,使水完全分解生成氢气和氧气,并进一步提升“水变氢”的能量转换效率。
  目前国际上也在开展捕捉二氧化碳光合成制备甲醇等有机物的设想等,这些促进碳减排的工作也将主要依靠光催化剂才能完成。而实验室的目标就是设计和制备更多的有效催化剂,让这些遥不可及的梦想不再遥远。
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