全光谱太阳能光热催化制氢研究进展

太阳能制氢是我国在“双碳”目标背景下大力开发和利用可再生能源的重要技术手段之一。其中,全光谱太阳能光热催化制氢作为一种新型绿色制氢技术,利用光催化和热催化的协同优势,可在相对温和的条件下高效驱动制氢反应,实现对全光谱太阳能的综合利用。目前,该技术已在多种制氢体系中均展现出了巨大的发展潜力。然而,不同制氢体系中的光热催化机理及其制氢效果存在较大差异,亟待进一步系统的梳理与整合。鉴于此,通过对近年来国内外相关研究的最新进展进行梳理,按照氢源特点进行分类综述(水体系、碳基燃料体系及氮基原料体系),并重点讨论了不同制氢体系下的光热催化机制、性能优势及技术特点。具体来说,光热催化水制氢体系可以分为淡水制氢和海水制氢。光热催化水分解的优势在于提高反应温度的同时,还能够通过催化剂独特的异质结结构或局部表面等离子共振效应来加快电荷载流子的迁移和分离,促进制氢反应的发生,提高全光谱太阳能利用率。光热催化碳基燃料制氢体系则细分为甲醇制氢、甲烷制氢以及其他碳基燃料制氢。该体系的光热催化技术特点在于降低了反应活化能、提高了中间产物选择性转化,防止了催化剂中毒或失活。此外,氮基原料体系主要包括氨分解制氢和尿素废水制氢。尿素废水制氢通过光热催化技术,利用废水中的水和尿素,实现了双氢源制取氢气的反应路径,同时还有利于解决废水处理的问题。在我国能源转型的趋势下,全光谱太阳能光热催化制氢以其氢气来源广泛,反应条件温和,产氢性能高的特点,有望成为一种重要的绿色制氢技术。

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