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PEC电池电解盐水制氢

2019/10/15 15:38:262432

据http://fuelcellsworks.com/报道，芝加哥大学分子工程研究所的科研人员，正从事光电化学（PEC）电池的研发工作，以实现利用太阳光分解盐水制氢。在PEC电池内，特殊的光电极材料起到催化剂的作用，促使太阳能到化学能的能量转换过程。目前，PEC电池分解盐水的研究仍处于早期阶段，但该方法有望成为清洁可持续的氢气制备技术。虽然盐溶液的结构性质众所周知，但它们的电子特性尚未被完全揭开，包括其对光电极界面性质的影响仍是研究重点。

盐水球棍模型 为了进一步加深对于PEC分解水的认识以及加快研发进度，科研人员利用阿贡运用计算实验室（ALCF）的10千万亿次IBM Blue Gene/Q超级计算机Mira进行了大规模分子动力学模拟，为固体光电极和电解质界面处发生的物理和化学过程建立了微观尺度模型，并使用了一套模拟程序作为计算光谱工具在固—液界面上表征和预测粒子振动和电子特性。该团队最新发表在化学物理快报的文章中，公布了有关光电极和水的电子性质的最新科研成果，重点研究了利用分子动力学模拟盐（NaCl）溶液，以增进对界面性能的理解。在溶液的电子特性的研究方面，研究人员在Qbox代码应用混合泛函，准确地解释了阴离子的性质。通过与实验结果的比较验证，实现了在可控制精度上利用泛函进行仿真。相对于广义梯度近似，产生的模拟改进了溶液性能，定性预测出离子能级的正确位置。关键的结论表明，在钠离子（1M）存在的情况下，氯离子的电子特性与无限稀释时获得电子特性是一样的。因此，ALCF 的研究结果不仅可以增进对于氢键系统基本理解和促进正在进行相关的实验，同时有助于预测PEC电池最佳光电极材料。现阶段大规模发展商业化PEC电池的主要挑战是寻找既能有效地吸收太阳能又能催化盐水分解的稳定光电极材料，该材料还必须满足成本低，资源丰富且无毒等基本要求，由此使得该材料的开发显得更加困难。