新型硅基光催化剂可实现高效的太阳能制氢和生物质精炼

由UNIST能源与化学工程学院Jungki Ryu教授和浦项科技大学(POSTECH)Soojin Park教授领导的研究小组在混合硅光催化剂的开发方面取得了重大突破。这种创新催化剂利用太阳能高效生产氢气和高价值化合物，标志着绿色制氢技术向前迈出了步。

新开发的光催化剂既无毒又环保，解决了以前催化剂对阳光不敏感或存在毒性问题的局限性。硅基光催化剂表现出优异的光吸收特性，使其能够高效利用太阳能。此外，这些无毒材料在生产过程中不会排放有害化学物质。

由于缺乏合适的催化剂，先前的研究在实现氢气和高价值化合物的连续生产方面面临着挑战。在强碱条件下使用有毒催化剂常常导致环境污染问题。此外，由于在反应过程中传统硅光催化剂上形成了氧化层，随着时间的推移，它会对氢气的生产效率产生负面影响。

为了克服这些障碍，研究小组通过将镍掺杂石墨烯量子点均匀涂覆在2至3纳米厚的硅片表面，开发了一种混合硅光催化剂。与传统的硅光催化剂相比，经过修饰的表面能够显着提高产氢效率，达到令人印象深刻的 14.2 mmol gcat−1 h−1 的产氢效率，相当于性能提高了约 28 倍。

此外，通过使用生物质代替水(一种源自生物来源的有机物质)的氧化反应，混合硅光催化剂展示了其在生产氢气的同时生产高价值化合物的能力。该催化剂还保持了 98% 的原始形态，确保了长期稳定性。

Ryu教授表示：“之前关于制氢的研究仅限于吸收紫外线或涉及有毒催化剂的光催化剂。我们的无毒且经济高效的硅光催化剂是一项重大进步，因为它能够通过卓越的太阳能吸收实现高效的氢气生产。”

Park教授补充道：“利用镍掺杂石墨烯量子点的表面改性技术不仅可以应用于硅光催化剂，还可以应用于各种其他类型的光催化剂，为能源应用开辟了新的可能性。”

该研究由Yuri Choi(UNIST能源与化学工程学院研究助理教授)和Sungho Choi(POSTECH先进材料科学硕士/博士联合项目)共同参与。这项研究的结果于 2023 年 7 月 27 日发表在 《Advanced Materials》 上。这项研究得到了韩国科学和信息通信部资助的韩国国家研究基金会 (NRF) 以及基础研究基金的资助。由韩国教育部资助的 NRF 科学研究计划。

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