大面積光解水太陽模擬器

光解水一般指光解水制氫

隨著人類社會的不斷發展，地球上有限的化石燃料已經越來越難以滿足人類對能源的需求，并且化石燃料的使用也帶來了日益嚴重的環境問題。因此，尋找清潔、可再生的新能源已經迫在眉睫。太陽能是一種取之不盡、用之不竭的清潔能源，將間歇性的、不易收集存儲的太陽能轉化為易存儲、易運輸的化學能是一種理想的能源開發途徑——太陽(yang)(yang)能(neng)光催化(hua)分解水(shui)制氫正是這樣(yang)一(yi)種將太陽(yang)(yang)能(neng)轉化(hua)為化(hua)學能(neng)的良好(hao)方式。

太(tai)陽能(neng)(neng)光(guang)(guang)(guang)(guang)催(cui)(cui)化分(fen)(fen)解水制氫(qing)利(li)用光(guang)(guang)(guang)(guang)催(cui)(cui)化材(cai)料（一(yi)般為半(ban)導體材(cai)料）在太(tai)陽光(guang)(guang)(guang)(guang)光(guang)(guang)(guang)(guang)子的激(ji)發下將水分(fen)(fen)解為氫(qing)氣和(he)氧(yang)氣，整個過程清(qing)潔無污染，因此受到了(le)廣泛的關注和(he)研究。然而，傳統的半(ban)導體光(guang)(guang)(guang)(guang)催(cui)(cui)化材(cai)料面臨可(ke)見光(guang)(guang)(guang)(guang)吸收少(shao)、光(guang)(guang)(guang)(guang)生電荷易復(fu)合(he)等(deng)問題，太(tai)陽能(neng)(neng)轉化效(xiao)率(lv)普遍不高(gao)。我校化學科學與工(gong)程學院徐曉翔教授課題組(zu)于可(ke)見光(guang)(guang)(guang)(guang)響應的光(guang)(guang)(guang)(guang)催(cui)(cui)化材(cai)料的研究，針對這(zhe)一(yi)問題開展了(le)系統的研究工(gong)作，提(ti)(ti)高(gao)了(le)半(ban)導體材(cai)料光(guang)(guang)(guang)(guang)催(cui)(cui)化分(fen)(fen)解水的活性，對提(ti)(ti)升太(tai)陽能(neng)(neng)轉化率(lv)有重要意義(yi)。

光解水制氫技術始自1972年，由日本東京大學Fujishima A和Honda K兩位教授*次報告發現TiO₂單晶電極光催化分解水從而產生氫氣這一現象，從而揭示了利用太陽能直接分解水制氫的可能性，開辟了利用太陽能光解水制氫的研究道路。隨著電極電解水向半導體光催化分解水制氫的多相光催化(heterogeneous photocatalysis)的演變和TiO₂以外的光催化劑的相繼發現，興起了以光催化方法分解水制氫（簡稱光解水）的研究，并在光催化劑的合成、改性等方面取得較大進展。

光解水的原理

光催化反應可以分為兩類“降低能壘"(down hil1)和“升高能壘"(up hil1)反應。光催化氧化降解有機物屬于降低能壘反應，此類反應的△G<0，反應過程不可逆，這類反應中在光催化劑的作用下引發生成O_2-、HO₂ 、OH·、和H+ 等活性基團。水分解生成H₂和O₂則是高能壘反應，該類反應的△G>0(△G=237 kJ/mo1)，此類反應將光能(neng)轉(zhuan)化為化學能(neng)。

要使水分解釋放出氫氣，熱力學要求作為光催化材料的半導體材料的導帶電位比氫電極電位EH+/H₂稍負，而價帶電位則應比氧電極電位Eo₂/H₂O稍正。光解水的原理為：光輻射在半導體上，當輻射的能量大于或相當于半導體的禁帶寬度時，半導體內電子受激發從價帶躍遷到導帶，而空穴則留在價帶，使電子和空穴發生分離，然后分別在半導體的不同位置將水還原成氫氣或者將水氧化成氧氣。Khan等(deng)提出(chu)了作(zuo)為光(guang)(guang)催化分解水(shui)制氫材料需要(yao)滿足：高穩定性，不產生光(guang)(guang)腐蝕；價格便宜；能夠(gou)(gou)滿足分解水(shui)的熱力學要(yao)求(qiu)；能夠(gou)(gou)吸(xi)收太陽光(guang)(guang)。

大面積光解水太陽模擬器參數

1光譜范圍 350nm-2500nm，可選配延長至14μm

2光斑面積30cm-10米（可定制）

3空間不均勻度為+/- 5％（ASTM E927）

4照度6萬lux-10萬lux可調（可以做道20萬lux）

5光功率：1000w/m2-2000 w/m2

6光譜匹配度：除700-800nm以外在400-1100nm范圍內均為A即

7增大光照強度(du)可以直(zhi)接更(geng)換大功(gong)率(lv)燈泡無需更(geng)換電源

8電(dian)源(yuan)采用特殊設計可以有效延長燈(deng)泡(pao)使用壽命