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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

更新時間:2019-09-04      點(diǎn)擊次數(shù):1101

   北京中教金源科技有限公司是以實(shí)驗(yàn)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(diǎn),近年來逐漸成為美國、日本、歐盟等國的研究熱點(diǎn)。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(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn),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(diǎn)研究項(xiàng)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。

 
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