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用于太陽能水分解的前途、進展與挑戰?

閱讀:27發布時間:2025-3-14

太陽能驅動的水分解是生產可再生氫的一種有前景的方法。高效半導體光催化劑的設計在這一過程中起著至關重要的作用。金屬-有機骨架(MOF)材料的動態發展為設計高效的太陽能水分解復合光催化劑提供了良好的機會。


1)太陽能水分解是一種有前途的策略,可用于可持續地收集可再生太陽能并將其轉化為氫燃料。對于粉末基PC,利用有機功能配體改性MOF材料已被證明是一種有效的方法。QD,石墨烯和納米尺寸的半導體顆粒等其他功能性成分也已被用來滿足MOF基復合材料的太陽能水分解需求。對于膜基PEC系統,簡要概述了過渡金屬氧化物半導體MOF涂層在光電電極制備、導電膜性能改善等方面的進展。
2)盡管在MOF基復合材料作為光催化劑/光電極方面取得了一些進展,但仍應考慮做出更大的努力來克服以下挑戰。本質上,許多MOF材料的光捕獲能力較弱,這是實現高光催化性能的主要瓶頸。在太陽水分解反應過程中,MOF材料的軟結構會發生坍塌,從而引起對MOF材料穩定性的擔憂。此外,MOF材料固有的導電性差會限制電荷載流子的分離和轉移。
3)為了應對這些挑戰,可以考慮以下策略。首先,探索和開發更具導電性的MOF材料對于促進PC和PEC系統中的電子-空穴分離和轉移具有重要意義。深入了解MOF/半導體復合材料界面間的電荷轉移,對于設計基于MOF的太陽能驅動的水分解具有重要意義。的表征工具,如原位光譜和結構觀察電荷轉移,反應中間體,和產物可以提供有用的信息。此外,有必要結合實驗和理論的方法來闡明MOF基材料上不明確的水分解機制。機器學習在催化劑設計和選擇方面的進步也可能推動新一代MOF基復合材料的發展,以滿足在不久的將來可持續的氫生產需求。




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