国产三级精品三级在线观看,国产高清无码在线观看,中文字幕日本人妻久久久免费,亚洲精品午夜无码电影网

人類活動(dòng)對(duì)地球氣候的空前影響，以及全球能源需求的持續(xù)增長(zhǎng)，使得開(kāi)發(fā)碳中和能源變得更加重要。氫氣，是一種有吸引力的和通用的能量載體，可從水中通過(guò)利用太陽(yáng)光的光催化，通過(guò)太陽(yáng)能或風(fēng)能驅(qū)動(dòng)的電解獲得。最有效的太陽(yáng)能制氫方案，是將太陽(yáng)能電池與電解系統(tǒng)結(jié)合起來(lái)，在實(shí)驗(yàn)室規(guī)模下，太陽(yáng)能制氫(STH)的能量轉(zhuǎn)換效率達(dá)到30%。光催化水分解的轉(zhuǎn)化率明顯較低，只有1%左右，但該系統(tǒng)設(shè)計(jì)更簡(jiǎn)單、更便宜，且更易于擴(kuò)大規(guī)模，前提是潮濕的、化學(xué)計(jì)量的氫和氧產(chǎn)品混合物，可以在現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境中安全地處理，并回收氫氣。

在此，來(lái)自日本東京大學(xué)&信州大學(xué)的Kazunari Domen等研究者，擴(kuò)展了他們先前基于改進(jìn)的、摻鋁鈦酸鍶顆粒光催化劑的1平方米面板反應(yīng)器系統(tǒng)的演示，報(bào)告了一個(gè)使用商業(yè)聚酰亞胺膜、面積達(dá)100平方米的面板反應(yīng)器陣列，安全運(yùn)行的幾個(gè)月時(shí)間內(nèi)，其可從潮濕的氣體產(chǎn)品混合物中自動(dòng)回收氫氣。相關(guān)論文以題為“Photocatalytic solar hydrogen production from water on a 100 m²-scale”于2021年08月25日發(fā)表在Nature上。

太陽(yáng)能，作為一種可持續(xù)能源，其重要性預(yù)計(jì)將日益增加，利用現(xiàn)有的強(qiáng)烈太陽(yáng)輻射，通過(guò)當(dāng)?shù)匕l(fā)電和經(jīng)營(yíng)規(guī)模為幾平方公里的商業(yè)太陽(yáng)能發(fā)電廠，這些發(fā)電廠目前通常位于低緯度。除能源生產(chǎn)外，將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為化學(xué)品也越來(lái)越引起人們的興趣，因?yàn)樘?yáng)能往往在遠(yuǎn)離能源需求高的地點(diǎn)采集，而且太陽(yáng)輻射強(qiáng)度隨時(shí)間波動(dòng)。光電輔助電化學(xué)、光電化學(xué)和光催化水分解系統(tǒng)，可以從水中產(chǎn)生太陽(yáng)能氫。目前，這些技術(shù)中最有前景的是光伏-輔助電解槽，其效率高達(dá)30%，并與燃料電池相結(jié)合，使終端用戶能夠生產(chǎn)太陽(yáng)能和太陽(yáng)能燃料，以滿足其區(qū)域范圍內(nèi)全年的能源需求。雖然微粒光催化劑系統(tǒng)的STH值要低得多，最多只有1%左右，但如果產(chǎn)品氣體能夠安全有效地處理，光催化劑性能的改善可能會(huì)使此類系統(tǒng)可行，并允許其簡(jiǎn)單性和可擴(kuò)展性得到利用。

在此，研究者探索了太陽(yáng)能制氫的規(guī)模化和氣體處理，通過(guò)使用光催化劑片的面板反應(yīng)器進(jìn)行光催化水裂解。如圖1等所示，在東京大學(xué)Kakioka研究設(shè)施內(nèi)，通過(guò)排列1600個(gè)反應(yīng)器單元，建立了一個(gè)100平方米規(guī)模的原型光催化太陽(yáng)能制氫系統(tǒng)。每個(gè)單元都有625 cm²的接收光面積，紫外透明玻璃窗口與光催化劑片之間的間隙調(diào)整到0.1 mm(見(jiàn)圖1a, b等)，以最大限度地減少水負(fù)荷，防止產(chǎn)品氫氧氣體積聚和著火。在該系統(tǒng)中，氣體產(chǎn)品的輸送和反應(yīng)物水的輸送分別采用內(nèi)徑為8.6 mm和4.0 mm的聚氨酯管。圖1c提供了100 m²的水分解光催化劑面板反應(yīng)器陣列的俯視圖，該陣列由33和1/3模塊組成，各為3平方米。

在構(gòu)建大型面板堆陣之前，研究者在模擬標(biāo)準(zhǔn)陽(yáng)光(AM 1.5G, 1kw m^-2)持續(xù)照射下，使用小型面板堆進(jìn)行了室內(nèi)加速試驗(yàn)。經(jīng)過(guò)幾天的激活期后，在透明的平板玻璃上制作的小型光催化劑片(5 cm×5 cm)可以將蒸餾水分解成氫和氧，其STH效率為0.48%。隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，STH效率逐漸降低，280h后降至0.40%以下。在磨砂玻璃上制備的光催化劑片更具有活性和耐用性，活化后的STH效率為0.51%，在1600 h以上仍保持在0.40%以上(這段時(shí)間相當(dāng)于7個(gè)月，每天7.6 kWh m^-2的室外日曬，或在Kakioka研究設(shè)施的氣候條件下幾乎一年)。系統(tǒng)表現(xiàn)出的激活期，可能是由于浸漬的鉻組分以Cr(III)物種的形式遷移到SrTiO₃:Al表面的Rh位點(diǎn)?？紤]到即使經(jīng)過(guò)大約6個(gè)月的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，光催化劑層的微觀結(jié)構(gòu)仍然完好無(wú)損，失活可能是由于這種輔助催化劑在長(zhǎng)期運(yùn)行期間的變質(zhì)。

研究發(fā)現(xiàn)，研究者的系統(tǒng)在安全性和耐久性方面進(jìn)行了優(yōu)化，并在回收的氫氣被故意點(diǎn)燃時(shí)保持無(wú)損，STH最高可達(dá)0.76%。雖然制氫效率低下，而且總體能耗低，但該研究結(jié)果表明：安全、大規(guī)模的光催化水裂解和氣體收集和分離是可能的。為了使該技術(shù)在經(jīng)濟(jì)上可行和實(shí)際應(yīng)用，接下來(lái)的關(guān)鍵步驟是反應(yīng)器和工藝優(yōu)化，以大幅降低成本，提高STH的效率、光催化劑的穩(wěn)定性和氣體分離效率。

Nature：100平方米規(guī)模的光催化太陽(yáng)能制氫

圖1 100平方米的水分解光催化劑面板反應(yīng)器

Nature：100平方米規(guī)模的光催化太陽(yáng)能制氫

圖2 光催化劑片的電子顯微鏡圖像

圖3 2020年10月2日，Kakioka研究設(shè)施連接到100平方米水分解光催化劑面板反應(yīng)器的氣體分離裝置的性能

當(dāng)前，面板反應(yīng)堆建造的重點(diǎn)是足夠的穩(wěn)健性，以確保長(zhǎng)期戶外運(yùn)行，而沒(méi)有考慮生產(chǎn)和運(yùn)行成本，但任何實(shí)際相關(guān)的太陽(yáng)能燃料生產(chǎn)系統(tǒng)，必須在成本上具有與現(xiàn)有的燃料生產(chǎn)競(jìng)爭(zhēng)力的技術(shù)。因此，需要開(kāi)發(fā)更簡(jiǎn)單的反應(yīng)堆，這些反應(yīng)堆由輕質(zhì)、廉價(jià)的材料制成，但仍能確保安全性和耐用性。

目前的系統(tǒng)，無(wú)法在獲得凈能量的情況下生產(chǎn)氫，這一發(fā)現(xiàn)強(qiáng)調(diào)了需要降低水和氣體處理的電力需求。目前的氫回收系統(tǒng)，是基于一種商業(yè)上可用的膜，產(chǎn)生的氫仍然在爆炸范圍內(nèi)(4% < H₂ < 95%)，并在原料氣中留下超過(guò)20%的氫。除了優(yōu)化氣體處理和操作條件，使用專門(mén)設(shè)計(jì)的泵，開(kāi)發(fā)具有更好的氫滲透性和更低的氧滲透性的膜，顯然也是必不可少的。

文獻(xiàn)信息

Ma, W., Hu, G., Hu, D. et al. Ghost hyperbolic surface polaritons in bulk anisotropic crystals. Nature 596, 362–366 (2021). https://doi.org/10.1038/s41586-021-03755-1

原文鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41586-021-03755-1

Nature：100平方米規(guī)模的光催化太陽(yáng)能制氫

點(diǎn)擊閱讀原文，提交計(jì)算需求！

原創(chuàng)文章，作者：Gloria，如若轉(zhuǎn)載，請(qǐng)注明來(lái)源華算科技，注明出處：http://m.xiubac.cn/index.php/2021/08/25/e9e33cc779/

国产三级精品三级在线观看,国产高清无码在线观看,中文字幕日本人妻久久久免费,亚洲精品午夜无码电影网

Nature：100平方米規(guī)模的光催化太陽(yáng)能制氫

相關(guān)推薦