【應用速遞】Newport小面積太陽光模擬器應用于光解水制氫

【應用速遞】Newport小面積太陽光模擬器應用于光解水制氫

背景介紹：

太陽能光解水制氫過程可以將太陽能充分使用起來，終獲得清潔的氫能資源，這具有廣闊的應用前景。氫能因其作為低碳和零碳能源、可再生等優(yōu)點被認為是取代煤、石油和天然氣的理想綠色能源^{[1, 2]}。開發(fā)高效穩(wěn)定的太陽能光解水制氫體系，用于光電催化分解水制氫，具有非常重要的理論和實際意義。

在這個太陽能光解水制氫體系中，光電陽極的結構、活性、穩(wěn)定性會影響整個過程中產氫效率。釩酸鉍（BiVO₄）被認為是光電分解水制氫zui有前景的光陽極之一。Zhu課題組^[3]致力于在BiVO₄光陽極上固定單寧酸、鎳鐵離子，形成能*循環(huán)使用可靠的可再生光電陽極。 

實驗部分：

選用Newport型號94011A-ES太陽光模擬器、型號91150V校準參比電池和儀表等。其中型號94011A-ES適用于需求小面積光斑和小范圍照明的研究人員，系統(tǒng)性能已經過認證，而且其成本較低。型號94011A-ES光束尺寸在 1.5×1.5 英寸 (38×38 mm)，在太陽輸出為 1.0 時，這款模擬器符合 ASTM 和 IEC 標準定義的 ABB 級。

94011A-ES產品特點：

• 緊湊設計-集成電源、勻化裝置和燈罩
• 連續(xù)衰減器允許調太陽輻照值
• 簡易、插入式燈組件，無需進行燈對準
• 集成的 2 英寸濾光片支架

部分實驗結果：

圖1 (a)光解水制氫裝置圖。(b)未經修飾/修飾處理后的BiVO₄光陽極簡圖。(c)和(d)分別是未經修飾/處理后的BiVO₄掃描電鏡圖。

圖2  BiVO4光陽極在H₃BO₃+Na₂B4O₇•10H₂O溶液中長時間光穩(wěn)定性測試實驗。

從圖2可以看出，在硼酸鹽電解液中BiVO₄具有良好的穩(wěn)定特性，會保持較恒定的電流密度。

結果：

經計算得出BiVO₄在AM 1.5 G的照度下（100 mW/cm²），可達到的理論光電流密度為7.5 mA/cm²，對應的太陽能到氫氣的效率為9.2%。實驗中發(fā)現(xiàn)：較薄的BiVO₄膜通常有較高的光吸收效率和較低的電荷分離效率，反之亦然。因此，在太陽能光電解水研究中，如何進一步提高BiVO₄光陽極薄膜的透光性，同時保持高的光電流密度，仍然是具有挑戰(zhàn)性。

參考文獻：

[1]R. Sathre, C.D. Scown, I. William R. Morrow, J.C. Stevens, I.D. Sharp, I. Joel W. Ager, K. Walczak, F.A. Houleae, J.B. Greenblatt, Energy Environ. Sci. 7 (2014) 3264-3278.

[2]Y. He, T. Hamann, D. Wang, Chem. Soc. Rev. 48 (2019) 2182-2215.

[3]M.-R. Huang, Z.-W. Huang, H.-W. Zhu. Nano Energy 70 (2020) 104487.