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太阳系系主任
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光催化增强热电材料研究
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2023年7月21日，西北工业大学材料学院纳米能源材料研究中心李炫华教授团队在《科学》杂志在线发表题为《原位光催化增强热氧化还原电池实现同时产电产氢》的研究论文。该研究提出光催化增强热电材料的多功能器件设计思路，解决了热化学电池长期面临的电解质离子大浓差难以构建的关键难题，实现了功能器件电能和氢能的协同制备，为未来多元化能源的有效开发和创新设计提供了核心关键技术。 这是西工大今年发表的第二篇《科学》论文。 《科学》在同期还发表了题为《电化学废热收集》的观点文章，重点报道了该研究成果。观点文章中多次使用“第一步”“创记录的热功率表现”“提供了基本设计原则”和“开辟了一条令人兴奋的新路线”等论述，对本项研究工作给予高度评价，并指出“光催化”策略对于热化学电池器件的优化提供了新的见解，具有重要的指导意义。据了解，这是2023年以来西北工业大学在《科学》杂志发布的第二篇论文。 光催化增强热化学电池的示意图。（图片均由西北工业大学提供） 低品位热能广泛存在于环境和工业过程，例如太阳能、地热能，以及车辆、工业、电子元器件发热等。但由于缺乏经济高效的能源回收技术，该部分能量基本被废弃。传统的热电技术在热功率方面存在限制，通常仅能提供较低的热功率。为了克服这一限制，热化学电池被提出并作为一种有效的替代品，可以提供更高的热功率，达到每度每毫伏（mV/K）的水平。根据理论分析，热功率与氧化还原离子之间的熵差（ΔS）以及电池冷热两端的离子浓度差（ΔC）有关。因此，如何提高ΔS和ΔC成为解决热化学电池的关键核心。 李炫华团队通过学科交叉思想，基于热化学电池和光催化都使用氧化还原离子对的特点，提出了一个设想：是否可以通过光催化的方法来原位提高热化学电池离子的浓度差，并巧妙“共享”两种氧化还原离子对，从而增强热功率的输出。 研究团队构建了一个由36个单元组成的大面积光催化增强热化学电池 (112平方厘米)，并在中国西安进行了实地测试。在室外光照6小时后，产生了4.4伏的开路电压和20.1毫瓦的功率，同时产生0.5毫摩尔的氢气和0.2毫摩尔的氧气。这使得系统能够满足小型电子设备对电能的需求，同时也为氢能的产生提供了一种绿色、高效的解决方案。这些优势使得光催化热电技术为未来能源转换和可持续发展提供重要支持，多元化的能源利用为未来科技的发展提供了更多的可能性。 |
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