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新的水氧化催化剂有潜力可提高太阳能产氢率

日期:2010-03-15    来源:国际能源网  作者:钱伯章

国际新能源网

2010
03/15
10:04
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关键词: 太阳能

    国际能源网讯:Emory大学和巴黎分子化学研究院的化学家于2010年3月12日宣布,开发出稳定的、快速均相水氧化催化剂(WOC),可作为极好的组分以应用于仅使用水和太阳光来产生氢气,它可从易于得到的盐类和丰富的稀土元素氧化物很容易地制备。这一研究成果已发表在美国《科学(Science)》杂志上。

    切实可行的非生物水分离系统,即人工光合成,需在所有三个主要要素上使选择性、速度和稳定性取得突破,这三个主要要素是:光吸收的增敏性、使水氧化为氧气的催化剂和使水还原为氢气的催化剂。

    业已证实,开发切实可行的水氧化催化剂(WOC)尤其存在着挑战。高效的水氧化催化剂(WOC)必须在高于热动力学值(H2O→O2 + 4H+ + 4e-; 1.229–0.059 ~pH at 25 °C)之上最小势能下能快速使水氧化,并且,关键是要对空气、水和热要稳定(氧化稳定性、水解稳定性和热稳定性)。已有许多研究团体对多相和均相水氧化催化剂(WOC)进行着研究。

    多相WOC通常具有低成本、采用电极系统的界面释放,以及关键的具有氧化稳定性的优点,但是,它们受表面毒化或聚集而会趋向于失活。
然而,Emory大学和巴黎分子化学研究院研究人员指出,含有有机配位体的几乎全是均相的催化剂,因会被氧化降解而在热动力学上不稳定。为此,所有含有有机配位体的均相WOC迄今都会发生氧化失活。

    2008年,无机化学家Craig Hill在实验室开发出新的WOC,并且合作开发出第一个原型的稳定的均相WOC,为无碳基配位体,然而,其基于钌,为较昂贵的稀土元素。

    在此基础上,研究人员开始采用较廉价的和较丰富的元素钴。新的钴基WOC被验证认为,用于光驱动水氧化的速度快于钌形式。

    这种络合物是水解和氧稳定的均相水氧化催化剂(WOC),它来自于丰富的稀土元素(Co, W和P)盐类,在水中可自组装。采用[Ru(bpy)3]3+ (bpy = 2,2’-二吡啶)作为氧化剂,发现在pH值为8时产生的催化频率≥5 s-1。此速率下的pH敏感度反映出PH值取决于4-电子H2O/O2对。广泛的分光、电子化学和抑制性研究表明,该络合物在催化条件下是稳定的。

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