Inconnu! Des scientifiques chinois révèlent la "magie magique" de la production d'hydrogène photocatalytique solaire

Les réactions photocatalytiques solaires peuvent diviser l'eau pour produire de l'hydrogène et réduire le dioxyde de carbone pour produire du "carburant solaire". Comment la "magie" magique de la lumière du soleil est réalisée a toujours été un problème difficile dans le domaine de la science. Récemment, de bonnes nouvelles sont venues de l'Académie chinoise des sciences : l'équipe de recherche dirigée par l'académicien Li Can et le chercheur Fan Fengtao de l'Institut de physique chimique de Dalian, Académie chinoise des sciences (ci-après dénommé « Institut de physique chimique de Dalian ») a découvert avec succès ce mystère et "photographié" la charge photogénérée Transférer l'évolution complète de l'imagerie espace-temps. Des résultats de recherche pertinents ont été publiés dans la revue universitaire internationale "Nature" le 12 octobre.

Le principal défi scientifique de la séparation photocatalytique de l'eau réside dans la manière d'obtenir une séparation et un transport efficaces des charges photogénérées. "Dans le processus de photocatalyse, les électrons et les trous photogénérés doivent être séparés de l'intérieur des micro-nano particules et transférés à la surface du catalyseur pour démarrer la réaction chimique." Fan Fengtao a expliqué que, puisque ce processus s'étend des femtosecondes aux secondes, des atomes aux microns, démêler le mécanisme microscopique de ce processus est extrêmement difficile.

"Depuis longtemps, notre équipe travaille à la résolution de ce problème. Dans ce travail, intégrant une variété de technologies et de théories avancées, nous avons suivi l'ensemble du processus de séparation et d'évolution du transfert des charges photogénérées dans les nanoparticules dans tout l'espace-temps. domaine ", a déclaré Li Can.

Selon Li Can, en intégrant une variété de techniques de caractérisation avancées et de simulations théoriques, y compris la microscopie électronique à photoémission résolue en temps (femtosecondes à nanosecondes), la spectroscopie à phototension de surface transitoire (nanosecondes à microsecondes) et la microscopie à phototension de surface (microsecondes) seconde à seconde) , etc., comme une course de relais, pour la première fois dans une particule de photocatalyseur pour suivre tout le mécanisme des électrons et des trous atteignant le centre de réaction de surface.

La capacité de suivre le transfert de charge dans le temps et dans l'espace favorisera grandement la compréhension des mécanismes complexes dans le processus de conversion d'énergie et fournira de nouvelles idées et méthodes de recherche pour la conception rationnelle de photocatalyseurs avec de meilleures performances. « À l'avenir, cette réalisation devrait promouvoir l'application de la séparation photocatalytique solaire de l'eau pour produire du « carburant solaire » dans la vie réelle, transformant progressivement les rêves en réalité et fournissant une énergie propre et verte pour notre production et notre vie », a déclaré Li Can.

Il existe trois voies techniques typiques de séparation solaire de l'eau pour produire de l'hydrogène, à savoir l'électrolyse assistée photovoltaïque de l'eau, la séparation photocatalytique de l'eau et la séparation photocatalytique de l'eau. Parmi elles, l'électrolyse assistée photovoltaïque de l'eau, c'est-à-dire l'utilisation de l'électricité verte générée par le photovoltaïque pour électrolyser l'eau afin de produire de l'hydrogène vert.

Il est le plus simple et le plus économique d'utiliser des photocatalyseurs pour réaliser la séparation solaire de l'eau afin de produire de l'hydrogène. La construction de l'appareil est plus facile, le coût global est bon marché et il est facile à mettre à l'échelle. Cette technologie a commencé en 1972 lorsque deux professeurs, Fujishima A et Honda K de l'Université de Tokyo, ont rapporté pour la première fois que les électrodes monocristallines de TiO2 décomposent l'eau par photocatalyse et génèrent de l'hydrogène, révélant ainsi la possibilité d'utiliser l'énergie solaire pour décomposer directement l'eau pour produire Hydrogène Possibilité, a ouvert la voie de la recherche de la production d'hydrogène par photolyse de l'eau à l'aide de l'énergie solaire. Les photocatalyseurs qui entrent actuellement dans le champ de vision des scientifiques comprennent les tantalates, les niobates, les titanates et les polysulfures.

Outre la recherche de catalyseurs, la manière d'obtenir une séparation et un transport efficaces des charges photogénérées est également un élément important. La découverte de l'Institut de physique chimique de Dalian joue un rôle énorme dans la promotion de la production d'hydrogène photocatalytique.