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研究人员设计了具有金属箔封装的耐用有机半导体光电阴极

由于其碳中性燃烧产物(水、电和热),氢正在成为一种流行的环保替代化石燃料资源,并被认为是零排放社会的下一代燃料…

由于其碳中性燃烧产物(水、电和热),氢正在成为一种流行的环保替代化石燃料资源,并被认为是零排放社会的下一代燃料。然而,具有讽刺意味的是,氢的主要来源是化石燃料。

以清洁和可持续的方式生产氢气的一种方法是通过阳光驱动的水分解。该过程被称为“光电化学(PEC)水分解”,是有机光伏电池运行的基础。使这种方法具有吸引力的原因在于,它能够1)在没有电网系统的情况下在有限的空间内大规模生产氢气,以及2)将太阳能高效转换为氢气。

然而,尽管有这些优点,但传统PEC中使用的光敏材料不具备商业环境所需的特性。在这方面,有机半导体(OS)由于其高性能和低成本印刷而成为商业PEC制氢的潜在光电极材料。但是,不利的一面是,操作系统的化学稳定性差和光电流密度低。

现在,由韩国光州科学技术学院的SanghanLee教授领导的一组研究人员可能终于解决了这个问题。在他们最近出现在JournalofMaterialsChemistryA封面上的突破中,该团队采用了一种基于将OS光电阴极封装在铂装饰的钛箔中的方法,这种技术被称为“金属箔封装”,以防止其暴露于电解质溶液。

“金属箔封装是实现长期稳定的基于OS的光阴极的有效方法,因为它有助于阻止电解质渗透到OS中,提高其长期稳定性,正如我们之前的研究和其他关于OS的报告所证明的那样基光电极,”Lee教授解释道。

该团队制造了一个有机光伏电池,其中OS光电阴极覆盖有钛箔和分散良好的铂纳米粒子。经测试,OS光电阴极相对于可逆氢电极(RHE)的起始电位为1V,在0VRHE下的光电流密度为-12.3mAcm-2。最值得注意的是,该电池表现出创纪录的运行稳定性,在超过30小时内保持95.4%的最大光电流,而OS没有任何明显的恶化。此外,该团队在实际阳光下测试了该模块,并能够产生氢气。

本研究开发的高度稳定和高效的PEC模块可以实现氢气的大规模生产,并为建设未来的加氢站提供创新路线。“随着全球变暖的威胁越来越大,开发环保能源势在必行。我们研究中探索的PEC模块可以安装在氢气站,氢气可以同时大量生产和销售,”李教授说。

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作者: 包小可

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