“理工振兴”学术动态：物理学院低维能量转换材料与器件团队在光热催化制氢研究中取得重要进展

近期，物理学院低维能量转换材料与器件研究团队李亚光博士、王淑芳教授与天津理工大学罗俊研究员研究团队合作，提出异质结构提高光热材料辐照温度的普适策略，并据此构建新型光热系统实现了规模化室外太阳光驱动甲醇重整制氢，相关工作“General heterostructure strategy of photothermal materials for scalable solar-heating hydrogen production without the consumption of artificial energy”以河北大学为第一单位发表在《自然·通讯》(Nature Communications,2022, 13, 776)。李亚光博士为论文第一兼通讯作者，王淑芳教授和罗俊研究员为共同通讯作者。

太阳光热催化能够不依赖人工能源运行，但光热材料受制于室外太阳光辐照温度过低的限制，使得自然光热催化难以实现。在该项工作中，李亚光等人提出了利用黑色光热材料（如Bi₂Te₃）和红外反射材料（Cu）构成异质结构来提升光热材料光热温度。结果表明：Bi₂Te₃/Cu异质结构能够实现89%的太阳光谱吸收和5%的红外耗散，使得标准太阳光辐照下的Bi₂Te₃的温度从93 °C提高到317 °C。且该策略通用于各种光热材料（如Ti₂O₃、Cu₂Se和Cu₂S等）。此外，以Bi₂Te₃/Cu为基础的新型光热系统在标准太阳光辐照下能够将CuZnAl二维催化剂加热至305 °C，使得驱动甲醇重整制氢速率达到310 mmol g^-1h^-1，太阳能到氢能的转化效率达到30.1%。同时，该课题组还制备了6 m²的规模化光热甲醇重整制氢系统，在春季的室外太阳光辐照下单天产氢量为23.27 m³，显示出能够直接工业化应用的潜力。

《Nature Communications》为Nature系列的国际权威期刊，主要报道生物、健康、物理学、化学和地球科学等自然科学领域的重要研究进展。以上工作得到河北省自然科学基金委、河北省科技厅、河北省教育厅、国家自然科学基金委和河北大学物理学院公共测试中心的大力支持。

文献链接：https://doi.org/10.1038/s41467-022-28364-y

（物理科学与技术学院、科学技术处供稿）