城大研發(fā)出提升太陽能轉(zhuǎn)換效率新方法
香港城市大學(xué)（城大）的環(huán)境科學(xué)家製備出一種具有異質(zhì)結(jié)構(gòu)的鉍基有機──無機鈣鈦礦材料，能將太陽能轉(zhuǎn)化為氫能的效率提高三倍。這項光催化產(chǎn)氫的研究成果為解決能源短缺提供了新的思路，並為在新興氫技術(shù)領(lǐng)域開發(fā)太陽能──燃料材料作實際應(yīng)用帶來新視野。
能源及環(huán)境學(xué)院助理教授徐先億博士領(lǐng)導(dǎo)該研究團隊，合成出一種具有異質(zhì)結(jié)構(gòu)的新型有機──無機複合鈣鈦礦材料。他們在研究中證明這種異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，可以於可見光照射下分解碘化氫能產(chǎn)生氫氣，無須使用鉑或釕等昂貴的金屬作為助催化劑。
這項研究成果已在國際知名學(xué)術(shù)期刊《先進功能材料》以封面形式發(fā)表，題為「原位構(gòu)築具有異質(zhì)結(jié)構(gòu)的鉍基鈣鈦礦材料並將其應(yīng)用於無助催化劑的光催化產(chǎn)氫」。
過去幾年，鉛基有機──無機複合鈣鈦礦材料以其出色光電效應(yīng)與優(yōu)異的光伏性能而廣泛應(yīng)用於太陽能轉(zhuǎn)換器件；但是在光催化領(lǐng)域，鉛基的有機無機鈣鈦礦材料應(yīng)用卻受到限制。這主要是由於其穩(wěn)定性差而且毒性較高，對環(huán)境具有較大的威脅。
徐博士說：「因此，我們希望研製出一種無鉛鈣鈦礦材料，使其可以應(yīng)用於光催化產(chǎn)氫。」
在探索及開發(fā)這種材料的過程中，徐博士的團隊發(fā)現(xiàn)了一種原位構(gòu)築異質(zhì)結(jié)構(gòu)的簡單方法，這種具有異質(zhì)結(jié)構(gòu)的鉍基鈣鈦礦材料與單一結(jié)構(gòu)的鈣鈦礦材料相比，其光催化活性得到了顯著提高。
他們從瞬態(tài)熒光光譜的測試結(jié)果中發(fā)現(xiàn)，具有異質(zhì)結(jié)構(gòu)的鉍基有機──無機複合鈣鈦礦材料的光生載流子的壽命比沒有異質(zhì)結(jié)構(gòu)的材料長。
較長的螢光壽命表明，由於異質(zhì)結(jié)構(gòu)中的非輻射複合減少，即可延長激子擴散的壽命。
因此，原位生成異質(zhì)結(jié)構(gòu)有利於光催化性能。研究結(jié)果表明，在可見光照射下且不用貴金屬作助催化劑，具有異質(zhì)結(jié)構(gòu)的鉍基鈣鈦礦材料與無異質(zhì)結(jié)構(gòu)的鈣鈦礦參比材料相比效率提高了三倍。
徐博士表示，下一步會嘗試提升氫的產(chǎn)量。他相信長遠來說，氫能將會成為一大主要能源。他期望研究能協(xié)助收集太陽能，以應(yīng)對能源危機。
徐博士是該論文的唯一通訊作者，第一作者是他的博士生唐蘊琦。其他城大成員包括能源及環(huán)境學(xué)院博士生麥晉康和劉汝庚、機械及工程學(xué)系王鑽開教授。其他團隊成員來自復(fù)旦大學(xué)、清華大學(xué)深圳國際研究生院及法國雷恩第一大學(xué)。