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【应用速递】Newport小面积太阳光模拟器应用于光解水制氢
发布时间:2020-04-28   点击次数:166次

【应用速递】Newport小面积太阳光模拟器应用于光解水制氢

 

背景介绍:

太阳能光解水制氢过程可以将太阳能充分使用起来,最终获得清洁的氢能资源,这具有广阔的应用前景。氢能因其作为低碳和零碳能源、可再生等优点被认为是取代煤、石油和天然气的理想绿色能源[1, 2]。开发高效稳定的太阳能光解水制氢体系,用于光电催化分解水制氢,具有非常重要的理论和实际意义。

在这个太阳能光解水制氢体系中,光电阳极的结构、活性、稳定性会影响整个过程中产氢效率。钒酸铋(BiVO4)被认为是光电分解水制氢zui有前景的光阳极之一。Zhu课题组[3]致力于在BiVO4光阳极上固定单宁酸、镍铁离子,形成能长期循环使用可靠的可再生光电阳极。 

实验部分:

选用Newport型号94011A-ES太阳光模拟器、型号91150V校准参比电池和仪表等。其中型号94011A-ES适用于需求小面积光斑和小范围照明的研究人员,系统性能已经过认证,而且其成本较低。型号94011A-ES光束尺寸在 1.5×1.5 英寸 (38×38 mm),在太阳输出为 1.0 时,这款模拟器符合 ASTM 和 IEC 标准定义的 ABB 级。

94011A-ES产品特点:

  • 紧凑设计-集成电源、匀化装置和灯罩
  • 连续衰减器允许调太阳辐照
  • 简易、插入式灯组件,无需进行灯对准
  • 集成的 2 英寸滤光片支架

部分实验结果:

 

图1 (a)光解水制氢装置图。(b)未经修饰/修饰处理后的BiVO4光阳极简图。(c)和(d)分别是未经修饰/处理后的BiVO4扫描电镜图。

图2  BiVO4光阳极在H3BO3+Na2B4O710H2O溶液中长时间光稳定性测试实验。

从图2可以看出,在硼酸盐电解液中BiVO4具有良好的稳定特性,会保持较恒定的电流密度。

 

结果:

经计算得出BiVO4在AM 1.5 G的照度下(100 mW/cm2),可达到的理论光电流密度为7.5 mA/cm2,对应的太阳能到氢气的效率为9.2%。实验中发现:较薄的BiVO4膜通常有较高的光吸收效率和较低的电荷分离效率,反之亦然。因此,在太阳能光电解水研究中,如何进一步提高BiVO4光阳极薄膜的透光性,同时保持高的光电流密度,仍然是具有挑战性。

 

参考文献:

[1]R. Sathre, C.D. Scown, I. William R. Morrow, J.C. Stevens, I.D. Sharp, I. Joel W. Ager, K. Walczak, F.A. Houleae, J.B. Greenblatt, Energy Environ. Sci. 7 (2014) 3264-3278.

[2]Y. He, T. Hamann, D. Wang, Chem. Soc. Rev. 48 (2019) 2182-2215.

[3]M.-R. Huang, Z.-W. Huang, H.-W. Zhu. Nano Energy 70 (2020) 104487.

 

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