由于其碳中性燃燒產(chǎn)物(水、電和熱)，氫正在成為一種流行的環(huán)保替代化石燃料資源，并被認(rèn)為是零排放社會(huì)的下一代燃料。然而，具有諷刺意味的是，氫的主要來(lái)源是化石燃料。

以清潔和可持續(xù)的方式生產(chǎn)氫氣的一種方法是通過(guò)陽(yáng)光驅(qū)動(dòng)的水分解。該過(guò)程被稱為“光電化學(xué)(PEC)水分解”，是有機(jī)光伏電池運(yùn)行的基礎(chǔ)。使這種方法具有吸引力的原因在于，它能夠1)在沒(méi)有電網(wǎng)系統(tǒng)的情況下在有限的空間內(nèi)大規(guī)模生產(chǎn)氫氣，以及2)將太陽(yáng)能高效轉(zhuǎn)換為氫氣。

然而，盡管有這些優(yōu)點(diǎn)，但傳統(tǒng)PEC中使用的光敏材料不具備商業(yè)環(huán)境所需的特性。在這方面，有機(jī)半導(dǎo)體(OS)由于其高性能和低成本印刷而成為商業(yè)PEC制氫的潛在光電極材料。但是，不利的一面是，操作系統(tǒng)的化學(xué)穩(wěn)定性差和光電流密度低。

現(xiàn)在，由韓國(guó)光州科學(xué)技術(shù)學(xué)院的SanghanLee教授領(lǐng)導(dǎo)的一組研究人員可能終于解決了這個(gè)問(wèn)題。在他們最近出現(xiàn)在JournalofMaterialsChemistryA封面上的突破中，該團(tuán)隊(duì)采用了一種基于將OS光電陰極封裝在鉑裝飾的鈦箔中的方法，這種技術(shù)被稱為“金屬箔封裝”，以防止其暴露于電解質(zhì)溶液。

“金屬箔封裝是實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期穩(wěn)定的基于OS的光陰極的有效方法，因?yàn)樗兄谧柚闺娊赓|(zhì)滲透到OS中，提高其長(zhǎng)期穩(wěn)定性，正如我們之前的研究和其他關(guān)于OS的報(bào)告所證明的那樣基光電極，”Lee教授解釋道。

該團(tuán)隊(duì)制造了一個(gè)有機(jī)光伏電池，其中OS光電陰極覆蓋有鈦箔和分散良好的鉑納米粒子。經(jīng)測(cè)試，OS光電陰極相對(duì)于可逆氫電極(RHE)的起始電位為1V，在0VRHE下的光電流密度為-12.3mAcm-2。最值得注意的是，該電池表現(xiàn)出創(chuàng)紀(jì)錄的運(yùn)行穩(wěn)定性，在超過(guò)30小時(shí)內(nèi)保持95.4%的最大光電流，而OS沒(méi)有任何明顯的惡化。此外，該團(tuán)隊(duì)在實(shí)際陽(yáng)光下測(cè)試了該模塊，并能夠產(chǎn)生氫氣。

本研究開發(fā)的高度穩(wěn)定和高效的PEC模塊可以實(shí)現(xiàn)氫氣的大規(guī)模生產(chǎn)，并為建設(shè)未來(lái)的加氫站提供創(chuàng)新路線。“隨著全球變暖的威脅越來(lái)越大，開發(fā)環(huán)保能源勢(shì)在必行。我們研究中探索的PEC模塊可以安裝在氫氣站，氫氣可以同時(shí)大量生產(chǎn)和銷售，”李教授說(shuō)。

標(biāo)簽：