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

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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(3R）-2,2′-双（2,2′-联噻吩-5-基）-3,3′-联环烷_(3R)-2,2′-bis(2,2′-bithiophene-5-yl)-3,3′-bithianaphthene_CAS:1594931-42-6 2026-02-26
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红景天苷 CAS:10338-51-9 2026-01-29
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