近日，新能源動力研究所黃震院士團(tuán)隊(duì)周寶文副教授課題組在《德國應(yīng)用化學(xué)》（Angewandte Chemie International Edition）上發(fā)表了題為“Efficient Hole Extraction and *OH Alleviation by Pd Nanoparticles on GaN Nanowires in Seawater for Solar-Driven H2 and H2O2 Generation”的研究論文，報(bào)道了太陽光直接分解天然海水制備綠氫聯(lián)產(chǎn)過氧化氫。新能源動力研究所博士后Muhammad Salman Nasir、加拿大麥吉爾大學(xué)趙瀛、北京大學(xué)葉昊天為論文共同第一作者，周寶文副教授，北京大學(xué)王新強(qiáng)教授、王平助理教授為共同通訊作者。
大規(guī)模低成本制備綠氫是氫能產(chǎn)業(yè)取得商業(yè)化成功的關(guān)鍵，利用可再生能源分解水制氫有望實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)綠氫。然而，我國可再生能源豐富的沙戈荒地區(qū)嚴(yán)重缺乏水資源，不利于這一技術(shù)的部署。作為一種重要的精細(xì)化學(xué)品，過氧化氫廣泛地用于電子信息、生物醫(yī)藥、環(huán)境修復(fù)、有機(jī)合成等領(lǐng)域，而傳統(tǒng)的過氧化氫生產(chǎn)工藝復(fù)雜。由于太陽能和海水資源分布在空間上高度匹配，太陽光直接分解豐富的海水制備綠氫聯(lián)產(chǎn)過氧化氫（陽光 + 2H2O → H2↑ + H2O2）可避免太陽能制氫占用寶貴的淡水資源，還可提高這一技術(shù)路線的經(jīng)濟(jì)效益，更加具有商業(yè)化前景，因此開發(fā)高效穩(wěn)定的光解海水催化架構(gòu)是這一領(lǐng)域的核心。
鈀納米顆粒修飾一維氮化鎵納米線陣列太陽光分解海水制氫聯(lián)產(chǎn)過氧化氫示意圖
研究通過鈀金屬納米顆粒修飾一維氮化鎵納米線陣列，成功構(gòu)建了利用太陽光分解海水制備綠氫聯(lián)產(chǎn)過氧化氫的多功能催化架構(gòu)。該架構(gòu)能夠直接光催化分解天然海水，氫氣的生產(chǎn)速率高達(dá)2.5 mmol·cm?2·h?1（每平方米一個(gè)小時(shí)可生產(chǎn)約560升氫氣），能量效率達(dá)到4.38%。光照2小時(shí)后，反應(yīng)液（20毫升）檢測到300 μmol/L的過氧化氫。機(jī)理研究表明：鈀納米顆粒在光催化過程中，起著抽提氮化鎵納米線光生空穴和緩釋*OH的作用。同時(shí)，海水中的氯離子通過改善電荷動力學(xué)并降低*OH自偶聯(lián)步驟的能壘促進(jìn)了H2O→ H2 + H2O2的轉(zhuǎn)化。太陽光直接分解天然海水制備綠氫聯(lián)產(chǎn)過氧化氫，為太陽能大規(guī)模存儲聯(lián)產(chǎn)高值化學(xué)品提供了新的思路和方案。
周寶文課題組致力于面向碳中和的能源器件-系統(tǒng)-解決方案，開展人工光合作用、綠氫和可再生合成燃料、化學(xué)儲能與下一代電池技術(shù)的研究，近年來以通訊/第一作者身份在Nature Catalysis, PNAS, Nature Communications等期刊發(fā)表論文50余篇，授權(quán)發(fā)明專利7項(xiàng)。該研究得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃氫能技術(shù)重點(diǎn)專項(xiàng)、國家自然科學(xué)優(yōu)秀青年基金（海外）、上海市基礎(chǔ)研究特區(qū)計(jì)劃、上海交通大學(xué)-國土自然資源部第二海洋研究所“深藍(lán)計(jì)劃”項(xiàng)目等資助。
論文鏈接：https://doi.org/10.1002/anie.202420796
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