Fe2O3/ZnFe2O4阳极-Cu2O/TiO2阴极的光电化学电池自驱动解水制氢研究

基本信息
批准号:51772024
项目类别:面上项目
资助金额:60.00
负责人:闫小琴
学科分类:
依托单位:北京科技大学
批准年份:2017
结题年份:2021
起止时间:2018-01-01 - 2021-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:白智明,刘怿冲,司浩楠,李明华,曹诗瑶,李勇,魏庆一,温宵松
关键词:
氧化亚铜自驱动光电化学电池氧化铁太阳能水解
结项摘要

Recently, the hydrogen fuel cell has gained significant attention, indicating the era of hydrogen application. Therefore, it is vitally necessary to develop a low-cost, high-efficiency, ideal-stability and non-pollution technique for hydrogen evolution. At present, adoption of solar energy for water splitting is one of the most important approaches to harvest hydrogen. In this project, self-powered tandem photoelectrochemical cells will be fabricated to produce hydrogen by solar water splitting at zero bias. Conductivity, charge separation efficiency, water oxidizing dynamic process of the photoanodes can be enhanced by preparing porous structure of Fe2O3, element doping, building heterojunction, and coating oxygen evolution catalysts, respectively. The Fermi level of Cu2O photocathodes can be controlled by tuning the energy band structure. Photocorrosion reaction and hydrogen evolution overpotential can be reduced by depositing protective layers and hydrogen evolution catalysts, respectively. The as-fabricated photoanodes will be integrated with the as-fabricated photocathodes to construct the tandem photoelectrochemical cells, and energy band matching and current matching will be systematically studied. The principle of self-powered solar water splitting will be revealed.

近年来,氢燃料电池的崛起预示着氢气时代的到来,发展低成本、高效率、高稳定性、无污染的产氢技术至关重要。当前利用太阳光分解水制氢,是解决氢能源问题的重要途径之一。本项目拟构建自驱动型串联结构光电化学电池,实现在无偏压条件下光解水制氢。通过制备Fe2O3多孔结构、元素掺杂、构筑异质结、沉积析氧催化剂等手段,提高光阳极材料的导电性、促进电荷分离、加速水氧化动力学过程。通过调节Cu2O薄膜的能带结构、添加保护层、沉积析氢催化剂等方法,控制光阴极材料的费米能级位置、增强抗腐蚀能力、减小析氢过电位。在此基础上组装串联结构光电化学电池,系统研究光阳极和光阴极的能带匹配和电流匹配问题,揭示其自驱动光解水制氢机理。

项目摘要

氢气的热值是汽油的三倍,其燃烧产物只有水蒸气,是一种非常高效的清洁能源。近年来,氢燃料电池的崛起预示着氢气时代的到来,发展低成本、高效率、高稳定性、无污染的产氢技术至关重要。光电化学电池是利用光电极吸收太阳光,并将光能转化为氢能的装置。. 本项目构建自驱动型串联结构光电化学电池,实现在无偏压条件下光解水制氢。通过制备Fe2O3多孔结构、元素掺杂、构筑异质结、沉积析氧催化剂等手段,提高光阳极材料的导电性、促进电荷分离、加速水氧化动力学过程。通过调节Cu2O薄膜的能带结构、添加保护层、沉积析氢催化剂等方法,控制光阴极材料的费米能级位置、增强抗腐蚀能力、减小析氢过电位。在此基础上,以Ti-α-Fe2O3/ZnFe2O4/FeOOH复合结构为光阳极,Cu2O/TiO2/rGO/NiFe-LDH复合结构为光阴级,组装了串联结构光电化学电池,该装置在零偏压下获得0.1 mA/cm2的光电流,实现了自驱动光解水产氢的目标。该项目系统研究了光阳极和光阴极之间的光谱匹配问题,深入分析开启电压和光电流对光转氢效率的作用机理,阐明其自驱动光解水产氢原理,为开发绿氢制取技术提供理论依据。. 通过项目实施,申请了3项发明专利,其中2项获得授权(一种光电化学电池光阳极的制备方法,一种光阴极制备方法、光阴极及其光电化学电池),为光电化学电池的产品开发和实际应用进行了技术储备。在众多制氢技术中,利用太阳能等可再生能源光电解水制氢可以实现零碳排放,将助力碳中和的目标落地。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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