光催化剂-电解混合系统：可在低电解电压下制氢

据 Optronics-media11月5日消息，日本产业技术综合研究所 (AIST) 宣布成功开发了一种光催化剂-电解混合系统，具有以低成本生产绿氢的潜力，已经证明可以在低电解电压下生产氢气和氧气。

由太阳能和风能等可再生能源生产的绿氢预计将为脱碳做出重大贡献，但目前通过电解生产的绿氢的生产成本比（制灰氢、蓝氢等）其他技术路线成本更高。

这次，研究人员选择了常用于常规水分解的PEM电解槽加入光催化剂-电解混合水分解的制氢系统。另外，为了捕捉大量太阳光以进行光催化反应，使用易于扩大面积的反应槽，从而提高制氢效率。

此外，由于需要将光催化反应过程中溶液中产生的Fe²⁺离子有效地输送至电解槽，研究人员开发了一种流动型反应装置，其中光催化剂粉末固定在片材上，并且仅用于溶液循环。当向该小流量装置的PEM电池施加0.9V的电压的同时开始对光催化反应槽进行光照射时，观察到来自氢生成的电流。

实验结果与展望

接下来，将该光催化剂片制成约13倍大，并利用水置换来收集氢气和氧气。首先，仅用光照射光催化片，并通过Fe²⁺离子的生成率评价光催化反应的速度。

结果，有效地产生了Fe²⁺离子并产生了相应化学计量量的氧气。此时的转换效率为0.31%，与悬浮状态下的常规评估相当。接下来，停止光照射，以200mA的恒流模式进行电解反应，结果，在低于0.9V的施加电压下开始有电流流动，生成相当于化学计量量的氢。

在使用水浴将液温控制在35℃的环境下，用模拟太阳光照射在含有10,000μmol Fe³⁺铁离子的铁盐水溶液中沉淀的光催化剂。在总计10,080小时的光照射实验中，相当于日本约7年的室外阳光照射，Fe²⁺离子的产生量得以维持，没有观察到劣化。

在使用实际阳光的现场实验中，同时驱动电解和光催化反应。并根据测试当天太阳辐射的变化观察当前的产氢量值。此外，几乎所有输入的电力都用于制氢。

目前，该研究小组继续能够有效利用长波长光的光催化反应研究，以提高光催化剂的性能，希望能尽早实现商业化生产。