使用选择性光吸收剂构建光热催化体系

中国河北大学和日本Hakkaido大学的研究人员最近使用选择性光吸收剂来构建光热系统，在弱太阳辐射(1 kW m -2)下可以产生高达288°C的温度。该系统在Nature Communications上展示，其温度比传统光电催化系统产生的温度高三倍。

“我们最初的目标是实现户外阳光驱动的光热 催化，但太阳能热转换的热能质量太低，即温度太低而无法应用，”执行研究的研究人员之一李亚光研究，告诉Phys.org。“因此，我们设定了在环境日光照射下提高光热材料温度的研究方向。”

目前，光热材料的日光吸收能力已接近极限。此外，环境太阳光驱动的CO 2甲烷化是不可能实现的，因为现有光热系统所达到的温度在照射时通常低于80℃，并且太多的太阳能被分散。为了解决这个问题，李和他的同事着手减少光热材料的散热，以便在其内部获得更高的热能集中，从而提高其温度。

当他们与该领域的其他研究人员讨论他们的想法时，他们意识到热辐射是光热材料中散热的决定因素。然而，由于所有光热材料的热辐射类似于黑体辐射，它们的热辐射不能减少。

“我们注意到选择性光吸收的概念，这是一个经典的概念，最初由卡博特在20世纪40年代提出，”李说。“1955年，Shaffer等人发表了选择性光吸收涂层的基本理论和设计。然后，这种选择性光吸收剂开始大规模生产，应用于太阳能热水器等领域。但是，没有人引入这一概念为了光热催化，我们决定这样做。我们发现这产生了一种神奇的效果 - 光热催化只是通过室外阳光辐射实现的。“

在他们的实验中，研究人员使用简单的工业选择性光吸收剂来构建光热催化反应器。这种简单的仪器能够应用光强催化，从强光照射到弱光照射。换句话说，该仪器显着扩展了光热催化的可能应用范围。

Li和他的同事们使用光吸收剂来制造光热系统，可以产生非常高的温度。他们还合成了具有受限单镍原子(SA Ni / Y 2 O 3)的超薄无定形Y 2 O 3纳米片，发现它们表现出显着的CO 2甲烷化活性。使用选择性光吸收剂，它们在环境日光照射下能够实现80%的CO 2转化效率和7.5L m -2 h -1的CH 4生成速率。

“在这项工作中，我们实际上只使用了经典理论和成熟的分解产品，”李解释道。“我认为这项研究对当前科学的最大意义在于它鼓励研究人员开阔视野，加强与行业的沟通。我觉得它可以带来科学应用的巨大进步。”

在未来，李和他的同事提出的系统可能有有趣的应用，例如作为一个平台，直接利用分散的太阳能，并有效地将CO 2成有价值的化学品。研究人员正在计划进一步改进其研究中使用的光热反应器，开发更适合光热催化的新催化剂，并促进其拟议系统的产业化。