光解水制氢性能

上海比朗仪器设备有限公司为适应广大科研工作者对光解水系统更好的要求，为充分实现产品的更好的可视化，光解水制氢系统设备使用的耐久性、便捷性，做出了全面升级，既保证了实验原理的简便可行，又提高了设备的可操作性和扩展性。产品详细信息、实物图片、相关测试结果请电话或邮件索取!　　上海比朗光解水制氢系统货源充足，可根据客户需求随时发货安装调试。　　BGH系列新系统体现的几大特点：　　1、玻璃管道系统安装于洁净工作室内，操作安全。　　2、全自动采样器与气相色谱连接可实现全自动采样，无需人工看守。　　3、数字显示真空度。　　4、原装进口光源。　　5、电磁气泵及控制器。　　6、反应器QO250。　　7、真空系统(含真空泵，管路，真空计)。　　8、取样系统(含精密取样管，控制阀体，控制面板)。　　9、冷凝回流系统。　　BGH系列新系统技术参数:　　光降解系统BGH-BL-PLH2O系统　　玻璃管路系统玻璃光解型反应器，玻璃系统是包含透射式光反应器及石英发生器，石英玻璃组件系统，采用日本改进型的六通阀门控制的氢气流通系统氢气发生石英装置，该系统用不锈钢作为玻璃连接支架，该系统含(A-G)7套管路。　　反应器150ml石英玻璃分体式反应器。　　真空系统上海比朗仪器有限公司生产的真空泵2xz-2, 以及与真空计连用的真空系统。可选德国进口真空泵(价格另计)。　　采样系统全自动采样系统是一种可以用在气相色谱仪前端，按程序设定实现全自动进样的装置。可分步、可定时采样。　　滤光片两片　　A：透射式滤光片直径50mm　　B：反射紫外部分，透射可见和红外部分，70mm*70mm 方片。　　光源美国进口光源PE300BF,寿命长达2000小时　　BL-GHX-Xe-300功率300W，外照式投射式，平行光输出。上海比朗生产　　金属散热机组金属铝型材散热系统　　光解水制氢系统典型用户：上海交通大学、复旦大学、华东师范大学、大连理工大学、内蒙古大学、中科院上海有机化学研究所、中科院化学研究所、中科院地球环境研究所、陶氏化学、睿智化学、联合利华、飞利浦(中国)投资有限公司等。　　电话TEL：021-52965776　　传真FAX：021-52965990　　邮箱Email：info@bilon.cn　　商城Mall：www.bilon.cc　　地址Add：上海市闵行区北松公路588号7号楼5层

近日，中国科学院大连化学物理研究所大连光源科学研究室研究员袁开军、中科院院士杨学明团队，与南京大学教授谢代前合作，首次测量了水分子光解中的氢气产物通道，发现这些氢气产物全部处于振动激发态。该光化学反应为星际空间存在的振动激发态氢气的来源提供了重要途径。　　氢气是宇宙中丰度最大的分子，对宇宙的演化起到重要作用。星际观测发现星云中分布大量的处于振动激发态的氢气，尤其是在星际光辐射区域天文观测到超过500条来自于振动激发态氢气的光谱线。振动激发态的氢气因具有较长的寿命和较高的反应活性，对行星大气的组成和演化具有关键作用。当前，星际理论表明，振动激发态的氢气主要有两个来源：恒星爆炸或形成过程产生的激波将氢气加热到振动态、氢气被紫外光激发随后衰变到电子基态的振动态。理论预测振动激发态氢气的直接形成也可能是这些高能量氢气的重要来源，而具体的形成过程尚不明确。　　利用大连光源，袁开军团队探究了水分子的光化学过程。科研人员将解离波长调谐至100纳米到112纳米范围，利用离子成像首次观测到O(1S)+H2产物通道。实验表明氢气产物主要分布在第三或者第四振动激发态，理论计算构建了水分子的过渡态结构并解释了振动激发态氢气的形成机理。基于水在宇宙星云和彗星大气中广泛存在，水分子光解为星际光辐射区域存在的振动激发态氢气的来源提供了新途径，对建立星云和行星大气演化模型具有重要意义。　　该研究是袁开军团队利用大连光源系统地研究水分子极紫外光化学过程的新进展。前期研究进展包括：发现水分子光解产生超热的羟基自由基（Nat. Comm.）、观测到电子激发态的羟基超级转子的形成（JPCL）、水分子同位素诱导的偶然共振效应（JPCL），水分子光解形成高振动激发的OH是火星大气辉光的来源（JPCL）、水分子三体解离产氧是行星早期大气中氧气的重要来源（Nat. Comm.），以及水分子光化学中的同位素效应是太阳星云中D/H同位素分布不均的重要原因（Sci. Adv.）。　　相关研究成果以Vibrationally Excited Molecular Hydrogen Production from the Water Photochemistry为题，发表在《自然-通讯》（Nature Communications）上。研究工作得到国家自然科学基金动态化学前沿研究中心项目、中科院战略性先导科技专项（B类）“能源化学转化的本质与调控”﹑国家自然科学基金优秀青年科学基金项目、辽宁省“兴辽英才计划”等的资助。

在太阳光或一缕LED紫外光照拂下，玻璃烧杯中加入一点点白色粉末，无须加热也无须其他能源，烧杯里的水便可源源不绝产生氢气，且经过数百小时的实验，这种白色粉末的量并未衰减。在云南大学材料与能源学院实验室，你能见到这样的“奇观”。　　在碳达峰、碳中和背景下，洁净的氢成为未来的重要能源，高效、低成本制氢，特别是光解水制氢是科学家研究的方向。1月10日，国际著名期刊《自然通讯》发表了云南大学柳清菊教授团队与英国伦敦大学学院唐军旺教授团队、华东师范大学黄荣教授团队合作的一项重要研究成果——以单原子铜锚定二氧化钛，成功制备新型光催化剂，其分解水制氢量子效率高达56%，被审稿人称为“世界纪录”。这意味着“水变氢”有了一条可实用化的新路径。　　提高催化效率 才能助推光解水制氢走向实用化　　氢能是一种清洁无污染的可再生能源，燃烧值很高，可达每千克140兆焦耳，其具有来源丰富、燃烧产物无二次污染等优点，有望代替石油和天然气，因而受到世界范围的广泛关注。若能得以大规模实际应用，将为“双碳”目标的顺利实现作出贡献。　　“目前，制备氢的主要方法有化石燃料制氢和电解水制氢，但两种方法都需消耗传统能源。”柳清菊向科技日报记者介绍，化石燃料制氢，二氧化碳排放量大，每生产1千克氢气，将产生10千克左右的二氧化碳；而电解水制氢也存在能耗和成本问题。“在环境和能源问题日益严重的今天，开发清洁、可持续、低成本的制氢技术，推进氢能的发展显得尤为迫切和重要。”柳清菊说，采用光催化技术，利用太阳能驱动水分解制氢是一种极具发展前途的新方法。　　自1972年科学家发现二氧化钛半导体具有光催化性能以来，光解水制氢一直受到学术界及产业界的关注与重视。在能量大于或等于半导体禁带宽度的光照射下，光催化材料价带中的电子吸收入射光子的能量跃迁到导带，形成“电子—空穴”对，空穴和电子迁移到材料表面，与表面吸附的水分子发生氧化还原反应，也就是电子与水发生还原反应产生氢气，空穴氧化水产生氧气。　　然而，由于电子带负电，空穴带正电，使得光催化材料中光照所产生的“电子—空穴”很容易复合，导致产氢量子效率低下，严重阻碍了光解水制氢的发展。因此，如何阻止“电子—空穴”的复合，提高光催化制氢效率，成为目前国际上光催化研究领域的重大挑战之一，也是制约光催化制氢技术实用化的瓶颈难题。　　这其中，光催化材料是核心。而光催化材料的活性、稳定性和成本是决定光催化技术能否实际应用的关键。　　铜离子“补位” 新型光催化材料设计制备突破瓶颈　　金属单原子催化剂是近年来迅速发展起来的新型催化剂。相比传统金属催化剂，金属单原子催化剂中的原子以单个的形式负载在载体上，在催化反应中可充分参与反应，实现反应活性中心的最大化，利用效率可接近100%，在理论上可以同时提高催化活性并降低成本。然而由于单原子具有极高的表面能，在合成和催化反应过程中容易团聚、稳定性差、寿命短且制备成本高，阻碍了其实际应用。　　“这次起光催化作用的二氧化钛，是一种钛和氧规则排列的晶体，我们通过独特的合成工艺，在其中生成大量的钛空位。”柳清菊向记者解释，有了这些钛空位，就可以请铜离子来帮忙“补位”。　　“通过对钛基有机框架材料MIL-125中钛空位的设计和可控合成，我们研制出具有大比表面积和丰富钛空位的二氧化钛纳米材料，以此为载体锚定过渡金属铜单原子，使铜与二氧化钛形成了牢固的‘铜—氧—钛’键。”柳清菊介绍，在光催化制氢反应过程中，一价阳离子铜和二价阳离子铜的可逆变化，大大促进了光生“电子—空穴”的分离和传输，大幅提高了光生电子的利用率，使产氢量子效率获得突破，达到56%。这项突破获得了欧洲科学院院士、伦敦大学学院光催化和材料化学终身教授唐军旺团队的验证。　　成本、工艺更“亲民” 光解水制氢产业已初露曙光　　新研制的二氧化钛基光催化材料，具有性能稳定、无毒、无二次污染等优点，且生物相容性好、制备方法简单、成本低，与传统方法相比优势明显。通常含贵金属的催化剂，催化活性高，但相应的成本也极高。“新材料中，我们用的是‘贱金属’铜，它储量大、价格低、易获得，这是成本降低的第一个方面。” 柳清菊介绍，此外，原有的催化材料中单个金属原子活性很大，很容易形成团簇，使得催化活性降低。研发团队将铜原子牢固地锚定在钛空位上，不容易团聚，创新性地解决了这个问题，稳定时间很长，在常温常湿条件下，样品放置380天之久，仍然具有与新制备样品相当的产氢性能，进一步降低了产氢成本；另外，新型光催化材料制备工艺简单，无需昂贵的设备，使光催化制氢更加“亲民”。　　近年来，柳清菊团队在实验室进行了大量的基础研究，包括材料设计、合成工艺、机理研究、性能优化等，已获得稳定的高性能光解水制氢光催化材料的实验室制备工艺，正准备开展放大工艺研发，为后续产业化奠定基础。虽然传统的光催化材料成本高、量子效率低，国内光催化产氢市场尚未成熟，但随着产业链衔接及相关政策的完善，光催化制氢产业化已是曙光初露。　　对柳清菊团队而言，56%的产氢量子效率也不是终点。“我们还在继续努力，使效率进一步提高，如果能够提高到70%以上，对生产应用的意义将是不言而喻的。”柳清菊说，找准了方向，效率再提升将不是梦。随着光解水效率进一步提高和成本进一步降低，氢能时代将加速到来，人类也将还地球以绿水青山。