近日，中科院大連化學(xué)物理研究所催化基礎(chǔ)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、潔凈能源國家實(shí)驗(yàn)室（籌）李燦團(tuán)隊(duì)在太陽能光—電轉(zhuǎn)化和燃料電池化學(xué)能—電能轉(zhuǎn)化交叉領(lǐng)域取得新進(jìn)展，發(fā)現(xiàn)光催化可以顯著促進(jìn)氧還原反應(yīng)（ORR）的催化活性，并基于此提出了聚合物太陽能電池和H2-O2燃料電池耦合的疊層電池概念，相關(guān)研究在《德國應(yīng)用化學(xué)》上發(fā)表。
H2-O2燃料電池能將氫氣直接高效轉(zhuǎn)化為可廣泛應(yīng)用的電能，同時(shí)產(chǎn)生對人類生存環(huán)境友好的水分子，是先進(jìn)可持續(xù)清潔能源體系發(fā)展的重要方向之一。其中，陰極的ORR是H2-O2燃料電池的控速反應(yīng)，直接關(guān)系到整個(gè)電池的開路電位和輸出功率。貴金屬鉑是ORR最好的催化劑，但是較高的成本嚴(yán)重制約了燃料電池技術(shù)的發(fā)展和商業(yè)化進(jìn)程。
研究人員將光催化引入ORR，發(fā)現(xiàn)采用聚合物半導(dǎo)體光催化劑、光照可顯著促進(jìn)ORR的電催化活性，起始電位遠(yuǎn)低于商業(yè)鉑催化劑。由此構(gòu)建的光驅(qū)動概念型H2-O2燃料電池中，光照使燃料電池的開路電壓大增，短路電流增加1倍。光驅(qū)動概念型H2-O2燃料電池可被認(rèn)為是聚合物太陽能電池和H2-O2燃料電池疊層耦合的結(jié)果。光促進(jìn)分子氧還原的機(jī)理可能是光激發(fā)聚合物的電子從價(jià)帶到導(dǎo)帶，導(dǎo)帶上激發(fā)態(tài)的電子具有足夠的電勢轉(zhuǎn)移填充到氧分子的反鍵軌道，從而使氧還原反應(yīng)更加容易。該研究結(jié)果為解決燃料電池ORR反應(yīng)動力學(xué)問題開拓了新的思路，顯示出潛在的應(yīng)用價(jià)值。
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