鑽石舞台

摘要：浙江大學化學系催化研究所王勇課題組以Ni-P/Fe-P共摻的三功能電催化劑為基礎，設計並構建自驅動能源系統，在不受太陽光間歇性的限制下，實現能源獲取、存儲和利用。

關鍵詞：Advanced science, 浙江大學，電催化劑，能源系統

氫氣作為一種清潔能源，具有能量密度高、來源廣的優點。在眾多氫能技術中，水裂解的電化學析氫反應（HER）因其反應條件溫和、產物純度高以及資源豐富，被認為是一種很有前途的制氫方法。直接由電或太陽能電池驅動的電催化水分解已經取得了重大進展。前一種方法必須使用來自電網的電力，消耗能源。後者通常必須要連接儲能裝置，器件結構複雜，外部能量損失大。因此，需要設計和開發用於制氫的新型能源系統，利用太陽能驅動水分解產生氫氣，並要克服太陽光的間歇性缺點。

基於此，浙江大學化學系催化研究所王勇課題組通過集成具有穩定輸出電壓的鋅-空氣電池、太陽能電池板和水分解電解槽，構建以太陽能為唯一輸入能量的自供電能源系統，以實現高效制氫（如圖1所示）。

在光照時，太陽能電池板將光能轉化為電能，給鋅空氣電池進行充電，鋅空氣電池將太陽能以化學能的形式進行存儲。同時，太陽能電池板能夠直接連接水分解裝置，驅動水分解發生反應。在無光照情況下，鋅空氣電池將存儲的能量進行釋放，驅動水分解發生反應。在整個過程中水分解產氫驅動力來自太陽能，沒有消耗其他非太陽能的能量。水分解產生的氧氣也可以供給鋅空氣電池，作為陰極活性物質。因此，在自驅動能源系統中能量和物質得到循環利用，實現了產生氫氣和消除太陽光間歇性的限制。在自驅動能源系統中，太陽能-氫氣效率和太陽能-水分解裝置的效率分別為4.6%和5.9%（如圖2所示）。這項工作為產氫和可再生能源的使用提供了新的設計思路。