近期，物理學(xué)院低維能量轉(zhuǎn)換材料與器件研究團隊李亞光博士、王淑芳教授與天津理工大學(xué)羅俊研究員研究團隊合作，提出異質(zhì)結(jié)構(gòu)提高光熱材料輻照溫度的普適策略，并據(jù)此構(gòu)建新型光熱系統(tǒng)實現(xiàn)了規(guī)模化室外太陽光驅(qū)動甲醇重整制氫，相關(guān)工作“General heterostructure strategy of photothermal materials for scalable solar-heating hydrogen production without the consumption of artificial energy”以河北大學(xué)為第一單位發(fā)表在《自然·通訊》(Nature Communications,2022, 13, 776)。李亞光博士為論文第一兼通訊作者，王淑芳教授和羅俊研究員為共同通訊作者。

太陽光熱催化能夠不依賴人工能源運行，但光熱材料受制于室外太陽光輻照溫度過低的限制，使得自然光熱催化難以實現(xiàn)。在該項工作中，李亞光等人提出了利用黑色光熱材料（如Bi₂Te₃）和紅外反射材料（Cu）構(gòu)成異質(zhì)結(jié)構(gòu)來提升光熱材料光熱溫度。結(jié)果表明：Bi₂Te₃/Cu異質(zhì)結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)89%的太陽光譜吸收和5%的紅外耗散，使得標準太陽光輻照下的Bi₂Te₃的溫度從93 °C提高到317 °C。且該策略通用于各種光熱材料（如Ti₂O₃、Cu₂Se和Cu₂S等）。此外，以Bi₂Te₃/Cu為基礎(chǔ)的新型光熱系統(tǒng)在標準太陽光輻照下能夠?qū)uZnAl二維催化劑加熱至305 °C，使得驅(qū)動甲醇重整制氫速率達到310 mmol g^-1h^-1，太陽能到氫能的轉(zhuǎn)化效率達到30.1%。同時，該課題組還制備了6 m²的規(guī)模化光熱甲醇重整制氫系統(tǒng)，在春季的室外太陽光輻照下單天產(chǎn)氫量為23.27 m³，顯示出能夠直接工業(yè)化應(yīng)用的潛力。

《Nature Communications》為Nature系列的國際權(quán)威期刊，主要報道生物、健康、物理學(xué)、化學(xué)和地球科學(xué)等自然科學(xué)領(lǐng)域的重要研究進展。以上工作得到河北省自然科學(xué)基金委、河北省科技廳、河北省教育廳、國家自然科學(xué)基金委和河北大學(xué)物理學(xué)院公共測試中心的大力支持。

文獻鏈接：https://doi.org/10.1038/s41467-022-28364-y

（物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院、科學(xué)技術(shù)處供稿）