由UNIST能源與化學工程學院Jungki Ryu教授和浦項科技大學(POSTECH)Soojin Park教授領導的研究小組在混合硅光催化劑的開發(fā)方面取得了重大突破。這種創(chuàng)新催化劑利用太陽能高效生產氫氣和高價值化合物，標志著綠色制氫技術向前邁出了步。
新開發(fā)的光催化劑既無毒又環(huán)保，解決了以前催化劑對陽光不敏感或存在毒性問題的局限性。硅基光催化劑表現出優(yōu)異的光吸收特性，使其能夠高效利用太陽能。此外，這些無毒材料在生產過程中不會排放有害化學物質。
由于缺乏合適的催化劑，先前的研究在實現氫氣和高價值化合物的連續(xù)生產方面面臨著挑戰(zhàn)。在強堿條件下使用有毒催化劑常常導致環(huán)境污染問題。此外，由于在反應過程中傳統(tǒng)硅光催化劑上形成了氧化層，隨著時間的推移，它會對氫氣的生產效率產生負面影響。
為了克服這些障礙，研究小組通過將鎳摻雜石墨烯量子點均勻涂覆在2至3納米厚的硅片表面，開發(fā)了一種混合硅光催化劑。與傳統(tǒng)的硅光催化劑相比，經過修飾的表面能夠顯著提高產氫效率，達到令人印象深刻的 14.2 mmol gcat−1 h−1 的產氫效率，相當于性能提高了約 28 倍。
此外，通過使用生物質代替水(一種源自生物來源的有機物質)的氧化反應，混合硅光催化劑展示了其在生產氫氣的同時生產高價值化合物的能力。該催化劑還保持了 98% 的原始形態(tài)，確保了長期穩(wěn)定性。
Ryu教授表示：“之前關于制氫的研究僅限于吸收紫外線或涉及有毒催化劑的光催化劑。我們的無毒且經濟高效的硅光催化劑是一項重大進步，因為它能夠通過卓越的太陽能吸收實現高效的氫氣生產。”
Park教授補充道：“利用鎳摻雜石墨烯量子點的表面改性技術不僅可以應用于硅光催化劑，還可以應用于各種其他類型的光催化劑，為能源應用開辟了新的可能性。”
該研究由Yuri Choi(UNIST能源與化學工程學院研究助理教授)和Sungho Choi(POSTECH先進材料科學碩士/博士聯(lián)合項目)共同參與。這項研究的結果于 2023 年 7 月 27 日發(fā)表在 《Advanced Materials》 上。這項研究得到了韓國科學和信息通信部資助的韓國國家研究基金會 (NRF) 以及基礎研究基金的資助。由韓國教育部資助的 NRF 科學研究計劃。
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