中教金源助力----全光譜太陽能光熱化學(xué)利用研究取得新進(jìn)展

   北京中教金源科技有限公司是以實驗儀器研發(fā)和生產(chǎn)的國家ji企業(yè)、中關(guān)村企業(yè)，與全國各高校研究所建立了長久緊密的合作關(guān)系。公司自成立以來，研究人員采用中教金源的儀器設(shè)備，在科研上取得了很大的進(jìn)展！
近期中國科學(xué)院工程熱物理研究所應(yīng)用中教金源的光催化系統(tǒng)在全光譜太陽能光熱化學(xué)利用研究取得新進(jìn)展，中教金源在此表示熱烈的祝賀！

   以下內(nèi)容摘自中國科學(xué)院工程熱物理研究所科研進(jìn)展版塊
   利用太陽能制取氫氣、醇類、氨、烴類等燃料是可再生能源領(lǐng)域的重要研究方向，也是中科院“液態(tài)陽光”倡議的主要內(nèi)容。光熱復(fù)合催化是近年來新興的太陽能-燃料轉(zhuǎn)化方式，指熱能、光能協(xié)同作用下的催化反應(yīng)，其相對于熱化學(xué)反應(yīng)具有溫度低的優(yōu)勢，相對于光化學(xué)反應(yīng)具有速率加快的優(yōu)點，近年來逐漸成為美國、日本、歐盟等國的研究熱點。在當(dāng)前的光熱復(fù)合催化研究中，主要通過在非聚光的半導(dǎo)體光催化反應(yīng)中引入電加熱，觀察反應(yīng)路徑、選擇性和產(chǎn)率的變化規(guī)律。在分解CO2和水制碳?xì)淙剂戏矫?，相比于室溫下的光催化反?yīng)，光熱復(fù)合催化可提高20-40倍反應(yīng)速率；相比于單純太陽能熱化學(xué)，可將反應(yīng)溫度從高于1200℃降低到200-400℃。然而，電加熱的光催化反應(yīng)仍存在以下問題：（1）非聚光太陽能反應(yīng)器面積較大，電加熱溫度場與光場難以協(xié)同；（2）在太陽能聚光反應(yīng)器上，輸入的光能和熱能均具有較高能流密度，常規(guī)光催化劑不能對其進(jìn)行有效利用。
　　針對上述問題，工程熱物理研究所分布式供能與可再生能源實驗室設(shè)計提出了全光譜太陽能聚光光熱復(fù)合催化反應(yīng)器，如圖1所示。與以往電加熱光催化反應(yīng)不同，該反應(yīng)器直接通過氙燈模擬5-30倍聚焦太陽光，照射進(jìn)反應(yīng)器內(nèi)的液固或氣固反應(yīng)床上。反應(yīng)床內(nèi)的納米光熱催化劑可將聚光太陽能同時、同地轉(zhuǎn)化為光生載流子和熱聲子，促進(jìn)了溫度場和光場的協(xié)同，不需電加熱維持反應(yīng)溫度。該反應(yīng)器具有提升光熱復(fù)合反應(yīng)速率和太陽能-燃料效率的潛力。
　　在上述研究基礎(chǔ)上，進(jìn)一步合成了具有光熱復(fù)合作用的等離激元金屬負(fù)載TiO2納米催化劑，并在15倍聚光比下開展了甲醇水重整制氫實驗研究。負(fù)載等離激元金屬的TiO2可利用280-780nm紫外-可見太陽光產(chǎn)生光生載流子。同時，紅外波段太陽光可在TiO2中激發(fā)熱聲子，在催化劑表面產(chǎn)生80-100℃局域熱能，活化反應(yīng)物分子。實驗結(jié)果顯示，光熱復(fù)合產(chǎn)氫速率1120mL gcat-1 h-1，相比于只利用紫外光的半導(dǎo)體光催化體系提高了50倍；同等催化劑用量下，與太陽能熱化學(xué)體系的分解水產(chǎn)氫速率相近，而太陽聚光比有望降低20-30。經(jīng)過50h重復(fù)實驗，光熱復(fù)合催化劑的微觀形貌和催化活性保持穩(wěn)定。
　　上述工作得到了國家自然科學(xué)基金和中國科學(xué)院前沿科學(xué)重點研究項目的支持，相關(guān)研究成果為基于太陽能燃料的可再生能源系統(tǒng)研發(fā)提供了一條新的途徑。