Desconhecido! Cientistas chineses revelam a "magia mágica" da produção solar fotocatalítica de hidrogênio

As reações solares fotocatalíticas podem dividir a água para produzir hidrogênio e reduzir o dióxido de carbono para produzir "combustível solar". Como a "magia" mágica da luz solar é realizada sempre foi um problema difícil no campo da ciência. Recentemente, chegaram boas notícias da Academia Chinesa de Ciências: a equipe de pesquisa liderada pelo acadêmico Li Can e pelo pesquisador Fan Fengtao, do Instituto Dalian de Física Química, Academia Chinesa de Ciências (doravante denominada "Instituto Dalian de Física Química") descobriu com sucesso este mistério e "fotografou" a carga fotogerada. Transfira a evolução de imagens completas do espaço-tempo. Resultados relevantes da pesquisa foram publicados na revista acadêmica internacional "Nature" em 12 de outubro.

O principal desafio científico da separação fotocatalítica da água reside em como obter separação e transporte eficientes de cargas fotogeradas. "No processo de fotocatálise, os elétrons e buracos fotogerados precisam ser separados do interior das micro-nanopartículas e transferidos para a superfície do catalisador para iniciar a reação química." Fan Fengtao introduziu que, como esse processo se estende de femtossegundos a segundos, de átomos a mícrons, desvendar o mecanismo microscópico desse processo é extremamente desafiador.

"Há muito tempo nossa equipe vem trabalhando na resolução desse problema. Neste trabalho, integrando diversas tecnologias e teorias avançadas, acompanhamos todo o processo de separação e evolução da transferência de cargas fotogeradas em nanopartículas em todo o espaço-tempo. domínio. "Li pode disse.

De acordo com Li Can, integrando uma variedade de técnicas avançadas de caracterização e simulações teóricas, incluindo microscopia eletrônica de fotoemissão resolvida no tempo (femtossegundos a nanossegundos), espectroscopia de fotovoltagem de superfície transitória (nanossegundos a microssegundos) e microscopia de fotovoltagem de superfície (microssegundos) segundo a segundo) , etc., como uma corrida de revezamento, pela primeira vez em uma partícula fotocatalisadora para rastrear todo o mecanismo de elétrons e buracos que atingem o centro de reação da superfície.

A capacidade de rastrear a transferência de carga no tempo e no espaço promoverá muito a compreensão de mecanismos complexos no processo de conversão de energia e fornecerá novas ideias e métodos de pesquisa para o design racional de fotocatalisadores com melhor desempenho. "No futuro, espera-se que essa conquista promova a aplicação da separação fotocatalítica solar da água para produzir 'combustível solar' na vida real, gradualmente transformando sonhos em realidade e fornecendo energia limpa e verde para nossa produção e vida", disse Li Can.

Existem três rotas técnicas típicas para a separação da água solar para produzir hidrogênio, ou seja, eletrólise da água assistida por fotovoltaica, separação da água fotocatalítica e separação da água fotocatalítica. Entre eles, a eletrólise fotovoltaica assistida da água, ou seja, o uso de eletricidade verde gerada pela energia fotovoltaica para eletrolisar a água para produzir hidrogênio verde.

É o mais simples e econômico usar fotocatalisadores para realizar a separação da água solar para produzir hidrogênio. A construção do dispositivo é mais fácil, o custo geral é barato e é fácil de aumentar. Essa tecnologia começou em 1972, quando dois professores, Fujishima A e Honda K, da Universidade de Tóquio, relataram pela primeira vez que eletrodos de cristal único de TiO2 decompõem fotocataliticamente a água e geram hidrogênio, revelando assim a possibilidade de usar a energia solar para decompor diretamente a água para produzir hidrogênio Possibilidade, abriu o caminho de pesquisa de produção de hidrogênio por fotólise de água usando energia solar. Os fotocatalisadores atualmente entrando no campo de visão dos cientistas incluem tantalatos, niobatos, titanatos e polissulfetos.

Além da busca por catalisadores, como conseguir separação e transporte eficientes de cargas fotogeradas também é uma parte importante. A descoberta do Dalian Institute of Chemical Physics tem um grande papel na promoção da produção fotocatalítica de hidrogênio.