高效太阳能制氢…UNIST·POSTECH开发无毒硅基光催化剂
近期，一种基于太阳能、可用于生产氢气和高附加值化合物的光催化剂被开发出来，备受关注。该催化剂环保且无毒，预计将被应用于绿色氢气生产商业化技术。
UNIST能源化学工程系Ryu Jeonggi教授团队与POSTECH化学系Park Sujin教授团队通过联合研究，开发出一种太阳能驱动、可同时生产氢气和高附加值化合物的混合硅光催化剂。
这是对传统硅光催化剂缺点进行补强后开发出的高稳定性光催化剂。以往的催化剂要么难以利用太阳光，要么具有毒性、甚至致癌等问题，因而并不环保。相比之下，硅光催化剂能够吸收可见光，对太阳能的利用度更高。
在生产过程中也不会排放有害化学物质，因此作为一种无毒、环保的光催化剂而备受瞩目。
关于连续生产氢气和高附加值化合物的研究，此前由于缺乏合适的催化剂几乎未见报道。即便实现同时生产，也多在强碱条件下使用有毒催化剂，导致环境污染，难以实际应用。
硅光催化剂在光催化反应过程中会形成氧化层，如果长时间反应，氢气的生产效率也会随之降低。
研究团队在硅光催化剂表面均匀涂覆了厚度为2~3纳米的镍掺杂石墨烯量子点，从而兼顾了高氢气产率和高稳定性。
表面经过改性的混合硅光催化剂与现有硅光催化剂相比，氢气生产效率提高约28倍（14.2 mmol g-1 h-1）。
在氧化反应中，研究团队利用生物有机体——生物质替代水，证实了其可以用于生产高附加值化合物。催化剂保持了98%的原始结构，显示出很高的稳定性。
能源化学工程系教授Ryu Jeonggi表示：“本次开发的无毒低成本硅光催化剂不仅凭借高太阳光吸收率实现了高效率氢气生产，还能够合成芳香族化合物，在提出一种全新的太阳能光催化体系这一点上具有重要意义。”
POSTECH化学系教授Park Sujin表示：“利用镍掺杂石墨烯量子点进行表面改性，不仅可应用于硅光催化剂，还可用于多种光催化剂，是一项为能源应用领域提供新用法的经济型技术。”
本研究由UNIST研究助理教授Choi Yuri和POSTECH硕博连读研究员Choi Seongho作为第一作者参与。研究成果已于7月27日发表于《Advanced Materials》。
本次研究在科学技术信息通信部和韩国研究财团“学术研究资助项目—创造性挑战研究”、“源头技术开发项目—碳中和技术开发”的支持下完成。
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