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近日，晶體材料國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室黃柏標(biāo)、王澤巖教授團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)并搭建了全新的光電化學(xué)生物質(zhì)燃料電池，在光電化學(xué)高效產(chǎn)氫領(lǐng)域取得研究重要進(jìn)展。研究成果以“Boosting H2Production from BiVO4Photoelectrochemical Biomass Fuel Cell by the Construction of a Bridge for Charge and Energy Transfer”為題，發(fā)表在國際期刊Advanced Materials, 2022, 2201594（IF=30.849）上。山東大學(xué)晶體材料研究院（晶體材料國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室）博士研究生王肇祺為本文的第一作者，王澤巖、黃柏標(biāo)教授和劉小磊博士為共同通訊作者，山東大學(xué)為第一作者和唯一通訊作者單位。
氫能作為一種綠色、清潔的新能源，近期受到人們的高度關(guān)注，光電化學(xué)產(chǎn)氫技術(shù)被認(rèn)為是一種可有效利用太陽能產(chǎn)生氫能的綠色產(chǎn)氫技術(shù)。針對(duì)目前光電化學(xué)產(chǎn)氫活性低的瓶頸，團(tuán)隊(duì)將光電化學(xué)分解水和燃料電池技術(shù)相結(jié)合，利用低成本的生物質(zhì)酒石酸作為有機(jī)燃料，創(chuàng)新性的設(shè)計(jì)了BiVO4光電化學(xué)生物質(zhì)燃料電池。基于酒石酸分子的強(qiáng)絡(luò)合性，成功構(gòu)建了BiVO4光電極和酒石酸分子間電荷和能量的傳輸橋梁，可將生物質(zhì)的化學(xué)能完全釋放并轉(zhuǎn)化為氫能。在AM1.5G模擬太陽光照射下，BiVO4光電化學(xué)燃料電池在1.23 V（RHE）偏壓下表現(xiàn)出13.54 mA/cm2的電流密度，為目前BiVO4光電化學(xué)產(chǎn)氫系統(tǒng)的最高性能。通過對(duì)生物質(zhì)燃料分子表面基團(tuán)進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)生物質(zhì)分子中羥基和羧基基團(tuán)的共同存在是構(gòu)建能量電荷傳輸橋梁并釋放生物質(zhì)化學(xué)能的關(guān)鍵。在以蘋果酸（C4H6O5）、檸檬酸（C6H8O7）和葡萄糖酸（C6H12O7）等為有機(jī)燃料時(shí)，本文設(shè)計(jì)的BiVO4光電化學(xué)生物質(zhì)燃料電池表現(xiàn)出與酒石酸類似的效果，從而證明所設(shè)計(jì)的光電化學(xué)生物質(zhì)燃料電池具有普適性。該工作為解決光電化學(xué)產(chǎn)氫活性低的問題提供了新的途徑，為提高傳統(tǒng)光電化學(xué)產(chǎn)氫系統(tǒng)性能和能量轉(zhuǎn)換效率提供了新的思路。
黃柏標(biāo)教授團(tuán)隊(duì)長期從事能源與環(huán)境材料及其應(yīng)用的研究，在光、電催化分解水產(chǎn)氫、二氧化碳還原及有機(jī)物選擇性氧化等方面取得系列研究進(jìn)展，研究成果相繼發(fā)表在Adv. Mater., Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Funct. Mater., ACS Cataly., Appl. Cataly. B等國際重要期刊。上述研究得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金、山東省自然科學(xué)基金和晶體材料國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的大力支持。
