能源革命对外开放百家论坛之一二二 光催化技术在能源和环境中的应用(中)
来源:党委宣传部 编辑:betway必威官网 发布时间:2019-08-23 16:38:53 阅读量:

主讲嘉宾
  尚建鹏,1985年生,2013年博士毕业于中国科学院兰州化学物理研究所物理化学专业,同年2月,任职于买球官网化学与环境工程学院。主要从事太阳能光催化和绿色化学的研究,发表学术论文20余篇,授权专利5项,主持和参与各类项目10余项。
    4 核心提示 光催化技术(一)
  光合作用是人类对太阳能的最早了解。大气当中的二氧化碳和水在光照的作用下,通过绿色植物合成氧气和葡萄糖。这个反应被誉为是自然界中最伟大的化学反应,有效地把太阳能转化为化学能。把自然界的反应过程用人工合成的材料模拟这个过程。
  光催化技术是近年来迅速发展起来的可以利用太阳能进行环境净化和能源转化的新技术。这项技术源于1972年,日本科学家在一次试验中,对放入水中的氧化钛单晶进行紫外灯照射,结果发现水被分解成了氧和氢,由此推动了有机物和无机物光氧化还原反应的兴趣。可以说,光催化过程本质上是光诱导的氧化还原反应过程,一方面把低密度的太阳能转化成高密度的化学能(氢能),另一方面通过光催化反应分解各种污染物和杀灭细菌、病毒。
    5 核心提示 光催化技术(二)
  半导体材料在紫外及可见光照射下,将光能转化为化学能,并促进有机物的合成与分解,这一过程称为光催化。当光能等于或超过半导体材料的带隙能量时,电子从价带(VB)激发到导带(CB)形成光生载流子(电子-空穴对)。在缺乏合适的电子或空穴捕获剂时,吸收的光能因为载流子复合而以热的形式耗散。价带空穴是强氧化剂,而导带电子是强还原剂。大多数有机光降解是直接或间接利用了空穴的强氧化能力。
  简而言之,半导体在紫外及可见光激发下,产生光生电子和光生空穴。光生电子具有还原性质,可还原水产氢、还原二氧化碳产油,还可以直接产电,可以用于能源利用方面;光生空穴具有强氧化性,能降解或矿化有机污染物,杀灭细菌和病毒,在环境应用上有着非同寻常的意义。
    6 核心提示 光催化技术的能源应用
  光催化技术是一种高效、低能耗、洁净、无二次污染的技术,在在家用电器、光能转化、建材行业、医疗卫生、印染行业、生物制药、化学工业、国防军事等许多领域有广阔的应用前景。近年来,人们对光催化技术进行了广泛的应用研究,取得了颇为丰硕的成果。
  光催化产生的光生电子可以还原水,产出氢气;光生空穴可以氧化水,产出氧气。同时,光生电子可以还原二氧化碳形成有机燃料。还可以利用光生电子和空穴分离,形成电压和电流输出,也就是大家所说的太阳能电池。目前,我国地面每年吸收的太阳能大约相当于17万亿吨标准煤的能量(每年开采煤炭34亿吨),而且染料敏化太阳能电池转换效率可以达到13%。
  在太阳光下,在光催化剂可以把水分解为氢和氧气,形成绿色氢能。有的人可能会问,温室气体也可以变油吗?答案是肯定的,在太阳光辐照下,光催化可以直接将空气中的二氧化碳和水汽转化为烃、醇类等有机燃料。

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