태양으로부터 '순 제로' 녹색 수소 촉매

[아름이]

태양으로부터 '순 제로' 녹색 수소 촉매
화학자들은 이산화탄소 배출 없이 수소 생산을 위한 태양 구동 물 분해를 촉진하는 근본적인 촉매 양성자화 공정을 발견했습니다.
날짜:
2022년 12월 15일
원천:
홍콩대학교
요약:
연구자들은 광촉매에서 광역학 및 전하 운반체의 분리가 가시광선 태양광을 사용하여 물에서 효율적으로 수소를 생성하는 중요한 in-situ 양성자화 과정을 발견했습니다. 이 공정은 비용 효율성과 실용적인 응용 가능성이 높기 때문에 지구에 풍부한 비금속 원소만 있는 격자간 인 도핑된 질화탄소 구조에서 가능합니다.

수소는 지속 가능한 미래를 위한 유망한 녹색 에너지 운반체입니다. 그러나 대부분 물에 잠겨 있습니다. 그것을 실용화하기 위해서는 물로부터 해방시키기 위해서는 에너지가 필요하다. 태양 에너지는 풍부하게 재생 가능하며 '광촉매'를 사용하여 수소를 생성하기 위한 직접적인 물 분해에 이상적입니다. 그러나 상당한 노력에도 불구하고 상대적으로 낮은 효율과 높은 촉매 비용으로 인해 실용화가 더디게 진행되고 있다.

HKU-CAS 신소재 공동 연구소 및 홍콩 대학교(HKU) 화학과의 Zheng-Xiao GUO 교수와 David Lee PHILLIPS 교수가 이끄는 연구팀은 중요한 현장 발견을 보고했습니다. 광역학 및 광촉매에서 전하 캐리어의 분리를 통해 양성자화 과정을 통해 가시광선을 사용하여 물에서 효율적으로 수소를 생성합니다. 이 공정은 비용 효율성과 실용적인 응용 가능성이 높기 때문에 지구에 풍부한 비금속 원소만 있는 격자간 인 도핑된 질화탄소 구조에서 가능합니다. 연구 결과는 최근 Energy & Environmental Science 에 온라인으로 게재되었습니다 .

배경 및 성과

주로 전하 분리, 이동 및 활용을 통해 활성, 효율성 및 내구성이 개선된 태양 구동 에너지 변환을 위한 광촉매 개발에 광범위한 연구 노력이 투입되었습니다. 그러나 복잡한 다중 전자 이동, 양성자 결합 및 중간 동역학은 모두 잘 이해되지 않은 광촉매 경로, 동역학 및 효율성에 영향을 미칠 수 있습니다. 따라서 분자 수준에서 혁신적인 합성 설계, 현미경 및 분광 특성화 및 원자 시뮬레이션을 통합하는 심층 조사를 촉진하는 것이 매우 바람직합니다.

광촉매에 대한 현재의 노력과 과제를 충분히 이해하면서 HKU 팀은 근본적인 문제를 다른 각도에서 조사하고 광역학, 전하 분리를 향상시키기 위한 양성자 매개 광촉매 메커니즘의 새로운 기본 프로세스를 제안했습니다. 침입형 인 도핑된 질화탄소, gC 3 N 4 의 효율 . In-situ 양성자 매개 메커니즘은 물 분자의 새로운 역할을 가리킵니다 . 용매나 반응물뿐만 아니라 효과적인 광촉매 공정의 전체 설계에서 촉매의 효과적인 밴드 구조 수정자입니다.

본질적으로 팀은 얕은 트랩 상태를 유도하기 위해 다공성 안정화 격자간 P-도핑 및 현장 양성자화에 의해 효과적인 원자 헤테로접합을 개발했으며, 이는 효과적으로 a) 여기 상태의 수명을 향상시키고 b) 바람직하지 않은 깊은 전하 트래핑을 억제합니다. , 효율적인 물 분해로 이어집니다. 연구팀은 처음으로 구멍이 뚫린 gC 3-x N 4 에서 간질적으로 고정된 인의 in -situ 양성자화가 매우 효율적이고 안정적인 가시광선 수소 생성을 위한 촉매의 매우 효과적인 구조 구성임을 확인했습니다.

Zheng- 교수 는 "우리의 발견은 효과적인 태양 에너지 활용을 위한 광촉매의 미래 설계에서 새로운 사고 방식을 열 것으로 기대합니다. 궈 샤오.

"분광 조사는 나노 물질의 다채로운 세계를 보여주고 과학과 기술의 기계적 통찰력에 더 많은 빛을 비추게 될 것입니다."라고 David Lee Phillips 교수는 말했습니다.

출처 : https://www.sciencedaily.com/