The use of a semitransparent TiO2 photoanode allows the SiC photocathode to make use of transmitted light. Using photocatalysts with different energy gaps results in increased conversion efficiency.
MASASHI KATO/NAYOGA INSTITUTE OF TECHNOLOGY要大规模地将水分解成氢气，我们需要可持续、高效、可扩展和耐用的技术。利用太阳能（或其他可再生能源）分解水可以带来可持续性，而最近的研究在效率和可扩展性方面取得了重大进展。近日，日本研究人员表示，他们在耐久性方面迈出了重要的一步。现在的氢主要来自天然气，它将大量的碳和甲烷污染排放到大气中。相比之下，可持续的太阳能制氢方法集中在光电化学（PEC）水分解上。在名义上不产生温室气体的PEC系统中，特殊的催化剂材料吸收阳光，直接将水分解成氢气和氧气。但这些设备也受到了低效率和寿命的限制。虽然以前的PEC技术通常只持续一周左右，但新系统的使用寿命显著延长。名古屋理工学院电气和机械工程教授Masashi Kato表示：“我们确认了100天的耐用性，这是实验证实的PEC水解材料中最长的一种。”他说，对于可以安装在偏远地区的免维护系统来说，耐久性将是关键。绿色氢的研究和技术已经在世界范围内得到了发展。有几家公司和一些计划正在利用风能或太阳能通过电解来分解水。利用PEC直接太阳能水分解是利用太阳能制氢的一种更优雅、一步到位的方法。但事实证明，要大规模进行这项工作具有挑战性。这些设备还不够便宜、高效或耐用，还不能走出实验室。光催化剂在PEC装置中起着重要作用。Kato和他的同事设计了一种串联PEC装置，使用两个电极，每个电极涂有不同的催化剂。一种是二氧化钛，一种常用于白色涂料和防晒霜的材料，另一种是Kato团队先前开发和报道的立方碳化硅。这两种催化剂吸收光谱的不同部分，并以互补的方式分解水。二氧化钛是一种N型光催化剂，它能吸收紫外线并产生电子，触发产生氧气的化学反应。研究人员制造的碳化硅材料是一种P型催化剂，可以吸收可见光产生氢气。这两个反应共同维持一段时间，当在放置在水中的装置上施加电压时，将水分解成氢气和氧气。Kato表示，与以前的技术相比，这使得寿命提高了五倍，可以实现100天的作业。《太阳能材料和太阳能电池》杂志报道的系统效率相对较低，为0.74%。大多数太阳能制氢技术的效率都在1-2%的范围内，但一些研究团队已经实现了更高的效率。来自意大利和以色列的研究人员最近报道了一种利用半导体纳米棒和铂球的方法，铂球将近4%的太阳能转化为氢燃料。2019年，比利时KU Leuven大学的一个研究小组报告了一种太阳能电池板原型，该原型可以从空气中吸收水分，并将其分解为氢气和氧气，效率为15%。根据美国能源部的说法，氢的利用率应该是太阳能系统的10%。Kato表示，正是二氧化钛电极限制了系统的效率，研究小组目前正在寻找其他光催化剂来提高效率，这些催化剂仍然可以与碳化硅电极协同工作。然而，耐用性和效率的结合仍然使他们的设备与众不同，他说。文章来源：IEEE电气电子工程师
