四川大学材料科学与工程学院材料物理与化学选论试题与参考答案_图文

1、 为了尽可能的节约能源， 利用太阳能这样的可再生能源制氢是未来能源的发展趋势， 据 专家分析太阳能制氢将成为未来制氢的主要途径。目前， 利用太阳能制氢的主要工艺方法有 以下三种: 1.利用光伏系统(太阳能光伏电池 将太阳能转化为电能， 再通过电解槽电解水制氢， 电-氢 的转化效率为 75%。此外， 将风能转化为电能，也可以通过电解水来制氢， 因为其能耗低、 转化率高也将有较好的发展前景。 2.利用太阳能转化的热能进行热化学反应循环制氢， 利用太阳能的热化学反应循环制氢就是 利用聚焦型太阳能集热器将太阳能聚集起来产生高温， 推动由水为原料的热化学反应来制取 氢气的过程。 3.太阳能直接光催化制氢

2、。由于地球水资源和太阳能的丰富性， 该方法是最具吸引力的制氢 途径。 它通过半导体电极所组成的电化学电解槽利用光解水的方法把光能转化成氢气和氧气。 但该法的光电转化效率较低只有 20%30%， 其中研制高效的可见光催化剂和构建稳定的光 催化反应体系是急需解决的两大问题。 太阳能制氢技术相对于电解水制氢成本低，能耗少，反应温和可实现工低温与特气业化， 但作为热源获得的太阳能热聚焦装置的造价高，效率较低，反应物和最终产物的分离有一定 的难度，且有的对容器、管道等设备有一定的腐蚀。大多数学者认为用阳光分解水是一种最 理想的方法，也可能是未来制造氢气的基本方法。地球的水资源极其丰富，太阳能也堪称取 之

3、不尽的能源。一旦该制氢技术成熟，将使人类在能源问题上一劳永逸。 美国 Las Vegas Valley Water 社区(LVVWD与 UNLV 研究基金会于 2007 年 5 月建成利用 太阳能制氢及加氢站中型设施。该设施利用太阳能电池发出电力供应质子能量系统电解器使 水电解制氢，生产 12kg/d 氢气，应用于 LVVWD 社区车队的两辆氢动力汽车加注氢气。 丹麦研究人员 Jaramillo 等人9采用廉价的 MOS2 模仿贵金属催化剂，通过采用低成本金 属硫化物的催化反应，从水制取氢，这种金属硫化物成为贵金属催化剂经济的替代物。铂、 钌和位于周期表同一区域的其他金属，其独特的表面性质赋予

4、这些材料可以催化大量化学反 应。它们应用广泛，如用于汽车排气净化和燃料电池中。然而，这些金属高成本促使科学家 们探索低成本的替代物。丹麦科技大学的科学家们采用合成方法控制单层、扁平硫化钼纳米 颗粒的尺寸和形态学，从而验证了这些颗粒可在水溶液中使氢放出反应(2H+ 2e-H2 催化。 美国杜克大学的研究人员10发明了一种可铺设在屋顶的太阳能制氢系统。 该系统生产的 氢气无明显杂质，它主要由一系列镀有铝和氧化铝的真空管组成，一部分真空管中还填充有 起催化作用的纳米颗粒，其中反应物质主要为水和甲醇与其它基于太阳能的系统一样，新系 统也从收集阳光开始，但而后的过程却截然不同当铜管中的液体被高温加热后，

5、在催化剂的 6 作用下就能产生氢气这些氢气既可以经由氢燃料电池转化为电能，也能通过压缩的形式储存 起来。该装置可吸收高达 95%的太阳热能。 西安交通大学的黄志刚等人11设计了一个高温电解水蒸汽制氢系统， 该系统以太阳能为 唯一的一次能源，采用太阳能分频技术，提供高温电解水蒸汽制氢的电能和热能。此外，利 用余热回收电解产物的余热，制氢效率高达 34.8%。 近日，中科院大连化物所李灿院士课题组12利用双共催化剂发展了 Pt-PdS/CdS 三元光催 化剂，在可见光照射下，利用作 Na2S 为牺牲试剂，使产氢量子效率达到 93%，成为迄今为止 世界范围内光催化最高产氢量子效率。 参考文献 1 刘

6、丽娟， 陈创天. 新型深紫外非线性光学晶体KBe2BO3F2族的研究进展J. 中国材料进展， 2010 （10） . 1620 2 罗思扬，余金秋，王晓洋等. 新型深紫外非线性光学晶体RbBe2BO3F2的研究J. 人工晶体学报，2010. 2830 3 何知宇， 赵北君， 朱世富等. CdGeAs2多晶合成与单晶生长研究J. 无机材料学报， 2010 （11） . 11951198 4 G. A. Verozubova, A. I. Gribenyukov. Growth of ZnGeP2 crystals from meltJ. Crystallography Reports, 2008

7、, 53(1. 158163 5 Kevin T. Zawilski, Peter G. Schunemann, Scott D. Setzleret al. Large aperture single crystal ZnGeP2 for high-energy applicationsJ. Journal of Crystal Growth, 2008, 310(7-9. 18911896 6 赵欣，朱世富，赵北君等. ZnGeP_2的多晶合成与单晶生长研究J. 无机化学学报，2009（1）. 99103 7 杨春晖，王猛，夏士兴等. ZnGeP_2晶体的合成与生长J. 人工晶体学报，2009（3）. 812 8 杨辉，朱世富，赵北君等. CdSiP2多晶合成的热力学研究J. 人工晶体学报，2012（1）. 9 T. F. Jaramillo, K. P. J O Rgensen, J. Bondeet al. Identification of active edge sites for electrochemical H2 evolution from MoS2 nanocatalystsJ. science, 2007, 317(5834. 100102 10 . 美开发出高效太阳能制氢系统J. 硅酸盐通报，2011（5）. 1146 11 黄志