【我国科学家领衔研发液态金属成膜新技术】中新网北京2月26日电:自然界的植物光合作用可实现太阳能到化学能的转化,如何模仿这一过程来实现太阳能的转化利用和产业化,长期以来备受关注。
记者2月26日从中国科学院金属研究所获悉,该所沈阳材料科学国家研究中心刘岗研究团队与中外多个团队合作,最新研发出将半导体颗粒嵌入液态金属实现规模化成膜的新技术,并以此为基础成功构建出形神兼备的新型仿生人工光合成膜——因其具有类似树叶的功能而被形象称为“人工树叶”,可实现太阳能到化学能的转化。
这项由中国科学家领导完成的重要新能源材料研究成果论文,近日以“液态金属镶嵌的人工光合成膜”为题在国际学术期刊《自然-通讯》(Nature Communications)上发表。
论文通讯作者刘岗研究员指出,基于太阳能光催化分解水的绿氢制备技术属于前沿和颠覆性低碳技术,其走向应用的关键是构建高效、稳定且低成本的太阳能驱动半导体光催化材料薄膜即“人工树叶”。目前,常用的薄膜制备技术因制备环境苛刻或成膜质量差,难以满足太阳能光催化分解水制氢的实际应用需求。
在自然界,植物光合作用实现太阳能到化学能的转化过程中,植物叶子中起光合作用的光系统II和光系统I,是以镶嵌形式存在于叶绿体的类囊体膜中,这一特征是自然光合作用能有效运行的重要结构基础。
受此启发,在本项研究中,研究团队利用熔融的低温液态金属作为导电集流体和粘结剂在选定基体上规模化成膜,结合辊压技术进行半导体颗粒的嵌入集成,实现了半导体颗粒的规模化植入。
刘岗介绍说,半导体颗粒镶嵌在液态金属导电集流体薄膜中形成三维立体的强接触界面,其结构犹如“鹅卵石路面”,使得其不仅具有优异的结构稳定性还具有十分突出的光生电荷收集能力。以钒酸铋为例,嵌入式钒酸铋颗粒的光电极活性相比传统的非嵌入式钒酸铋光电极高出2倍,且长时连续工作120小时几乎无活性衰减;光电极从1平方厘米放大至64平方厘米后,单位面积的光电流密度仍可保持约70%,远优于目前所知大面积钒酸铋光电极小于30%的活性保持率。
在此基础上,进一步同时嵌入产氧和产氢光催化材料,可实现光催化分解水制氢面板的规模化制备,在可见光照射下,其活性是传统非嵌入式金薄膜支撑光催化材料膜的近3倍,超过上百小时持续工作无衰减。
刘岗表示,本次研发的液态金属成膜新技术还具有普适性好和原材料易回收等优势,利用氧化锌、三氧化钨、氧化亚铜等商业化半导体颗粒,可实现不同半导体颗粒薄膜在不同基体上的规模化制备,所获得的颗粒嵌入式薄膜的活性均显著优于对照的非嵌入式样品。
此外,在柔性基体上集成的薄膜在大曲率弯折10万次后仍可保持95%以上的初始活性。在循环和高效利用方面,通过简单的热水超声处理,即可将半导体颗粒、低温液态金属以及基体进行分离回收再利用,且回收再集成获得的人工光合成薄膜表现出与原始薄膜近乎相同的活性。(完)
记者2月26日从中国科学院金属研究所获悉,该所沈阳材料科学国家研究中心刘岗研究团队与中外多个团队合作,最新研发出将半导体颗粒嵌入液态金属实现规模化成膜的新技术,并以此为基础成功构建出形神兼备的新型仿生人工光合成膜——因其具有类似树叶的功能而被形象称为“人工树叶”,可实现太阳能到化学能的转化。
这项由中国科学家领导完成的重要新能源材料研究成果论文,近日以“液态金属镶嵌的人工光合成膜”为题在国际学术期刊《自然-通讯》(Nature Communications)上发表。
论文通讯作者刘岗研究员指出,基于太阳能光催化分解水的绿氢制备技术属于前沿和颠覆性低碳技术,其走向应用的关键是构建高效、稳定且低成本的太阳能驱动半导体光催化材料薄膜即“人工树叶”。目前,常用的薄膜制备技术因制备环境苛刻或成膜质量差,难以满足太阳能光催化分解水制氢的实际应用需求。
在自然界,植物光合作用实现太阳能到化学能的转化过程中,植物叶子中起光合作用的光系统II和光系统I,是以镶嵌形式存在于叶绿体的类囊体膜中,这一特征是自然光合作用能有效运行的重要结构基础。
受此启发,在本项研究中,研究团队利用熔融的低温液态金属作为导电集流体和粘结剂在选定基体上规模化成膜,结合辊压技术进行半导体颗粒的嵌入集成,实现了半导体颗粒的规模化植入。
刘岗介绍说,半导体颗粒镶嵌在液态金属导电集流体薄膜中形成三维立体的强接触界面,其结构犹如“鹅卵石路面”,使得其不仅具有优异的结构稳定性还具有十分突出的光生电荷收集能力。以钒酸铋为例,嵌入式钒酸铋颗粒的光电极活性相比传统的非嵌入式钒酸铋光电极高出2倍,且长时连续工作120小时几乎无活性衰减;光电极从1平方厘米放大至64平方厘米后,单位面积的光电流密度仍可保持约70%,远优于目前所知大面积钒酸铋光电极小于30%的活性保持率。
在此基础上,进一步同时嵌入产氧和产氢光催化材料,可实现光催化分解水制氢面板的规模化制备,在可见光照射下,其活性是传统非嵌入式金薄膜支撑光催化材料膜的近3倍,超过上百小时持续工作无衰减。
刘岗表示,本次研发的液态金属成膜新技术还具有普适性好和原材料易回收等优势,利用氧化锌、三氧化钨、氧化亚铜等商业化半导体颗粒,可实现不同半导体颗粒薄膜在不同基体上的规模化制备,所获得的颗粒嵌入式薄膜的活性均显著优于对照的非嵌入式样品。
此外,在柔性基体上集成的薄膜在大曲率弯折10万次后仍可保持95%以上的初始活性。在循环和高效利用方面,通过简单的热水超声处理,即可将半导体颗粒、低温液态金属以及基体进行分离回收再利用,且回收再集成获得的人工光合成薄膜表现出与原始薄膜近乎相同的活性。(完)
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三、前沿科技,为你带来全新体验
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#i生活播报# 【北京大学:“一塔湖图”的多种玩法】“前几天刚去颐和园滑过,但这次在未名湖上滑冰,旁边就是博雅塔,氛围感不同。”家住海淀的陈女士带着孩子在未名湖上快乐的滑着冰车,未名湖冰场自从开放以来,吸引了众多学生、游客。北京大学体育教研部副主任刘茂辉表示:“游客挺多的,最多的一天能达到2000人以上。”冰场旁的老照片记录着百年燕园、百年冰场的历史:“未名湖从上世纪20年代就开始有冰上活动,一直延续到现在。今年冰层冻得比较好,面积比较大,有1万多平方米,大家可以畅滑未名湖。”刘茂辉说。#这个寒假北京高校大门打开#
为了让游客不是“到此一游”,而是沉浸式感受北大校园的文化魅力和精神力量,今年寒假,北大精心设计了研学导览线路,北京大学学生工作部综合办公室主任王丽雅表示:“北大校园本身就有非常深厚的精神内涵,这次结合了校园标志的点位精心设计了线路,大家非常熟悉的‘一塔湖图’都在我们的线路内。此外,燕南园、李大钊像、校史馆、图书馆等,也为大家精心介绍。我们还打造了北大的专属思政慕课,通过光影课堂,让大家了解比如理论的前沿,校园文化、体育赛事、创新创业、心理健康教育等方面的最新讯息,希望能够将这些外面看不到的北大鲜活的呈现给大家。”
“你看这个鼎,三足鼎立……”寒假期间,北大校史馆、赛克勒考古与艺术博物馆等博物馆也向公众开放,在北京大学赛克勒考古与艺术博物馆,家长许先生边看展品边给孩子讲解着。他们很珍惜预约进校参观的机会,四处打卡,感受北大文化氛围:“带孩子过来体验一下百年名校高等学府的氛围。未名湖、博雅塔还有北大各个学院,虽然进不去,但是可以在门口感受一下氛围,都是很好的教育,给孩子心里埋下一颗种子。”(北京新闻广播记者/吴思、唐思萌)
为了让游客不是“到此一游”,而是沉浸式感受北大校园的文化魅力和精神力量,今年寒假,北大精心设计了研学导览线路,北京大学学生工作部综合办公室主任王丽雅表示:“北大校园本身就有非常深厚的精神内涵,这次结合了校园标志的点位精心设计了线路,大家非常熟悉的‘一塔湖图’都在我们的线路内。此外,燕南园、李大钊像、校史馆、图书馆等,也为大家精心介绍。我们还打造了北大的专属思政慕课,通过光影课堂,让大家了解比如理论的前沿,校园文化、体育赛事、创新创业、心理健康教育等方面的最新讯息,希望能够将这些外面看不到的北大鲜活的呈现给大家。”
“你看这个鼎,三足鼎立……”寒假期间,北大校史馆、赛克勒考古与艺术博物馆等博物馆也向公众开放,在北京大学赛克勒考古与艺术博物馆,家长许先生边看展品边给孩子讲解着。他们很珍惜预约进校参观的机会,四处打卡,感受北大文化氛围:“带孩子过来体验一下百年名校高等学府的氛围。未名湖、博雅塔还有北大各个学院,虽然进不去,但是可以在门口感受一下氛围,都是很好的教育,给孩子心里埋下一颗种子。”(北京新闻广播记者/吴思、唐思萌)
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