四川
研究背景
鉴于当前全球能源需求不断增长和传统化石燃料储量减少的背景，对可再生能源的需求变得越来越迫切。在这种情况下，用于制氢的光催化技术为转换和利用可再生太阳能来应对能源危机提供了一种可行的方法 。然而，考虑到淡水的稀缺性和海水占全球水资源的 97% 的事实，通常使用淡水或蒸馏水的光催化制氢仍然遇到几个障碍。因此，利用海水进行光催化制氢成为一种关键且可持续的选择。
光热材料具有较宽的光吸收范围，使其适用于基于蒸发的海水淡化 。自从Chen等引入太阳能界面蒸发以来，该领域已经进行了大量研究。光热界面蒸发通过利用太阳能为海水淡化提供了一种可持续且节能的方法。这种方法可以在面部将海水转化为淡水，而无需像反渗透那样进行预处理。此外，光热蒸发系统可以很容易地与现有基础设施集成，从而成为大规模和分散式海水淡化项目的可行选择。
基于此，将光催化制氢与光热海水淡化相结合可以优化太阳光谱的利用，从而实现从海水中连续制氢成为可能（图 1）。首先，我们提出了一种通过原位交联的可漂浮和多孔凝胶基光热材料，它可以有效地将太阳能转化为热能并将热量限制在蒸发表面。其次，光催化剂均匀分布在光热材料表面，形成层状结构。光催化材料可以吸收太阳光谱中的短波长，导致电子激发导致水分解。残余的太阳光谱可以被光热材料吸收，产生热量用于海水淡化。第三，海水中的汽化水直接扩散到上层的光催化剂，这增加了接触面积，将三相气-液-固光催化反应转化为两相气-固反应，从而避免了光催化剂与海水溶液的直接接触。这种方法不仅抑制了光催化剂的腐蚀，还促进了水蒸气的同步分解，与传统的三相光催化海水分解相比，性能得到了增强。
相关成果以“A photothermal-photocatalytic layered aerogel for harvesting water and hydrogen from seawater“为题发表在国际知名期刊《Journal of Colloid and Interface Science》上。
图 1.太阳能驱动的光热海水淡化与光催化制氢相结合的方案说明。
研究结论
光热-光催化层状气凝胶 （TCLA） 用于从海水中同时生产氢气和淡水。底层的光热材料有效地产生水蒸气，而上层的光催化剂随后分裂水蒸气产生氢气。这种设计通过结合光热和光催化效应促进了太阳能的梯级利用，并成功地将光催化剂与海水溶液分离，从而提高了制氢速率和稳定性。因此，TCLA 在一个太阳光强下实现了 ∼17.94 mmol m−2 h−1 的制氢速率（STH 效率 ∼0.12 ± 0.02 %）和淡水收集率 ∼0.92 kg m−2h−1，整体太阳能转换效率为 62.3 %。与以前的报道相比，首先构建了光催化-光热层状气凝胶，并在凝胶框架中嵌入了光催化剂，并应用于从海水中稳定地共产氢气和淡水。这项工作提供了一种简单的光热-光催化凝胶原位合成方法，为太阳能驱动系统的未来发展提供了指导，以实现淡水和氢气的高效共产。
研究数据
图 2.光热-光催化层状气凝胶 （TCLA） 的合成流程图。
图 3.材料表征。
图 4 .海水淡化性能。
图 5.从海水中光催化析氢。
https://doi.org/10.1016/j.jcis.2025.02.102
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