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罗俊/王淑芳/李亚光Nature子刊: 不消耗二次能源！异质结光热材料用于可扩展的太阳能加热制氢2022-03-09
甲醇可以在未来的氢能源系统中充当氢载体，其具有储氢密度高(99 kg m-3)、高度安全、低成本以及与现有化石能源系统兼容性的优点。然而，通过甲醇蒸汽重整制氢(CH3OH + H2O→CO2 +3H2，MSR)需要大量的外部能量输入(产生1 mol H2需要16.47 kJ能量)，利用太阳光驱动MSR是解决人工能源消耗问题的一种有吸引力的方式。
在此，天津理工大学罗俊、河北大学王淑芳和李亚光等提出了使用黑色光热材料(Bi2Te3)和红外绝缘材料(Cu)的异质结构来提高太阳能加热温度的概念。
Bi2Te3薄膜的太阳光谱吸收和红外辐射取决于其厚度。因此，具有100 nm厚的Bi2Te3薄膜的催化剂在真空下的太阳光加热温度为317 ℃，比相同条件下纯Bi2Te3高224 ℃。该策略广泛应用于窄带隙材料，Ti2O3/Cu、Cu2Se/Cu和Cu2S/Cu的太阳光加热温度分别为295 ℃、271 ℃和248 ℃。
此外，研究人员改进了PVP封端的共沉淀法，并用于大规模合成CuZnAl纳米片(CuZnAl NS)，其厚度为3.2 nm，比表面积为 195.2 m2 g-1，以及5 nm的Cu纳米颗粒作为MSR的基准催化剂。
研究人员合成了一个反应装置，其中CuZnAl NS在太阳照射下加热到305 ℃，0.15 m2的太阳加热MSR显示出3.1 mol h-1的产氢速率，至少比目前报道的阳光驱动制氢系统高6倍，STH效率为30.1%，稳定性为20天。
此外，由6 m2室外阳光驱动的MSR产生23.27 m3/天的H2。更重要的是，在这些系统中，使用的能源只有太阳能加热，没有消耗其他能源。
General Heterostructure Strategy of Photothermal Materials for Scalable Solar-heating Hydrogen Production without The Consumption of Artificial Energy. Nature Communications, 2022. DOI: 10.1038/s41467-022-28364-y
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