如何实现太阳能制氢的实用化

太阳能被认为是未来社会摆脱化石燃料依赖的关键。但是，兆瓦级别的太阳能储存技术依然没有实现。利用半导体吸收太阳能来分解水制氢是一种有效地将太阳能转化为化学能的方式，但如何才能实现该技术的实际应用呢？近日，波士顿学院的王敦伟（点击查看介绍）团队概述了阻碍光解水制氢（或碳氢化合物）实用化的主要因素以及近年来一些为克服这些因素做出的研究成果。

阻碍光解水制氢实用化的主要因素有三点（见上图）：首先是缺乏高效并且低价的半导体材料；其次是对于高选择性（尤其在光转化二氧化碳的领域）、高活性催化剂的需求；另外，在工程设计方面缺乏成熟的大规模化设计。从半导体材料考虑，一方面，人们可以解决一些高效半导体材料（例如砷化镓等）的缺点，比如在光电分解水条件下较差的稳定性以及过高的制造价格。另一方面，提高一些稳定、低价格半导体材料（例如氧化铁）的性能对于规模化光解水制氢也具有重要的意义。在催化剂方面，除了追求低价、高效、高选择性的电催化剂，催化剂与半导体间的界面对于提高光解水的性能同样非常重要。通过一系列半导体材料与不同电催化剂间界面的研究，越来越多的证据表明，催化剂的存在不仅可以促进光电子（空穴）与水反应的动力学，更重要的是可以减少在界面上发生光电荷重组，从而在热力学方面提高性能。

最后，鉴于规模化的光解水制氢尚未实现，在此基础上的工程优化设计仍然处于初始阶段。但可以预见，如何有效地将光解水装置的各个组成部分通过优化的工程设计结合在一起，对于实现高效、低价的规模化光解水制氢非常关键。这一成果近期发表在Chem 上，文章的第一作者是波士顿学院的博士研究生何昱旻。

该论文作者为：Yumin He, Dunwei Wang

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Toward Practical Solar Hydrogen Production

Chem, 2018, 4, 405, DOI: 10.1016/j.chempr.2018.02.013

导师介绍

王敦伟

http://www.x-mol.com/university/faculty/2156