【贵州科凡氯碱化工厂】

在寻求转向碳中和技术的过程中，使用阳光能（太阳能-水分裂）生产氢气备受关注。如果在卫生和食品行业应用的化学产品可以与氢气同时生产，这将有助于降低太阳能水分裂的成本，并扩大该技术的应用范围。在这项研究中，神户大学副教授立川等人发现，通过修改之前开发的赤铁矿光催化剂的表面，他们可以安全、便宜和稳定地生产过氧化氢和氢。过氧化氢用于许多目的，包括消毒、漂白和土壤改良。贵州贵阳过氧化氢

贵阳双氧水电话使用赤铁矿（*1）光催化剂（*2），一个联合研究小组成功地从阳光和水中同时生产氢气和过氧化氢（*3）。该团队包括来自神户大学的以下成员：台川高石副教授（分子光科学研究中心）、TENNO Seiichiro教授（系统信息学研究生院/科学、技术和创新研究生院）、TSUCHIMOCHI Takashi副教授（系统信息学研究生院）等。

为了使碳中和社会成为现实，使用阳光能源生产无二氧化碳氢气引起了关注。如果通过光催化剂介导的太阳能水分裂，可以同时生产用于健康和食品行业的化学产品，那么就有可能开发一个具有更大附加值的太阳能水分裂利用系统。

赤铁矿中晶体（*4）可以吸收广泛的可见光。在这项研究中，立川副教授等人发现，通过用掺杂两个不同金属离子的介质（*5）制备电极，可以安全、廉价和稳定地生产过氧化氢和氢。过氧化氢用于许多目的，包括消毒、漂白和土壤改良。

该研究小组的下一个目标是实施这项技术。在继续提高已开发的光催化剂电极的高效的同时，他们将尝试将电池组装成一个紧凑的模块，作为实现社会的一步。他们还计划开发这种具有各种材料和反应系统的中晶技术。

这是与名古屋大学可持续性材料和系统研究所（MUTO Shunsuke教授）和日本同步加速器辐射研究所（JASRI）（首席研究员OHARA Koji和研究员INA Toshiaki）的联合研究项目。

结果于2022年3月23日在Nature Communications（Nature Publishing Group）上提前在线发布。

要点贵州双氧水厂家

• 赤铁矿本身不适合生产过氧化氢。通过用不同的金属离子（锡和钛）给赤铁矿掺杂并烧结，研究人员开发了一种高活性复合氧化物共催化剂（*6）。

• 除了氢气外，现场生产过氧化氢的能力将有助于降低太阳能水分流的成本，并扩大该技术的应用范围。过氧化氢用于许多目的，包括消毒、漂白和土壤改良。

研究背景随着世界面临越来越多的环境和能源问题，氢气作为可能的下一代能源之一受到了关注。理想情况下，光催化剂可以使用阳光和水来生产氢气，但有必要达到10%的转化率，才能在工业上采用这种系统。有人指出，即使实现了这种效率，氢的成本也不会达到预期值。为了克服这些问题，强烈要求开发具有高附加值的具有竞争力的下一代太阳能水分水系统，该系统可以与氢同时生产其他有用的化学品。

在之前的研究中，立川等人开发了“介晶技术”，该技术涉及精确对齐光催化剂中的纳米颗粒，以控制电子及其孔的流动。最近，他们通过将这项技术应用于赤铁矿，成功地大幅提高了光能转换效率。

到目前为止，赤铁矿尚未应用于过氧化氢的生产。在这项研究中，研究人员发现，通过用锡和钛离子的复合氧化物修改赤铁矿表面，可以以高效和选择性的方式生产氢和过氧化氢。

研究方法

中晶技术：导致光催化反应转换率下降的主要问题是，光重组产生的电子和孔在与分子（在这种情况下是水）发生反应之前就被重组。Tachikawa等人通过溶剂热合成（*8）用高定向纳米颗粒创建了赤铁矿间晶体的3D结构。此外，他们还能够通过涂层和烧结导电玻璃衬底上的中晶光电极来实现水裂解。

通过掺强分离形成产生氧化氢的共催化剂：通常，使用赤铁矿光催化水分裂会导致水的氧化产生氧气。用锡离子（Sn2+）和钛离子（Ti4+）掺杂这种赤铁矿，然后在700°C下烧结，导致锡和钛掺杂剂的分离，导致形成一种复合氧化物（SnTiOx）共催化剂，具有高选择性，用于生产过氧化氢。通过在SPring-8（*9）设施使用光束线BL01B1和BLO4B2进行基于同步加速器的X射线总散射测量，并使用包含电子能量损失光谱（*10）的高分辨率电子显微镜，揭示了这一结构变化。

光催化剂的形成和性能：当电压施加到人工阳光照射的光催化剂电极时，会促进分水反应。研究人员研究了光电电流密度和Faradiac效率（*11），分别表明了氢的生产效率和过氧化氢的选择性。据透露，如果光催化剂只掺杂一种金属离子，对氢和过氧化氢的产生有积极和消极的影响。另一方面，掺杂Sn2+和Ti4+的赤铁矿可以以高效和高度选择性的方式同时产生氢和过氧化氢。此外，第一原理计算（*12）表明，赤铁矿上的SnTiOx共催化剂由厚度为几纳米的SnO2/SnTiO3层组成。

进一步的发展

通过修改用于光催化剂的赤铁矿表面，研究小组成功地以高效和选择性的方式生产了过氧化氢，这种过氧化氢以前从未以这种方式生产过。接下来，研究人员计划进一步优化光催化电极，并与行业合作开发利用阳光生产氢和过氧化氢的现场系统。他们还计划将其应用于其他金属氧化物和反应系统。

术语表1。赤铁矿（α-Fe2O3）：一种氧化铁矿石。除了安全、便宜和稳定（pH值>3）外，赤铁矿还可以吸收广泛的可见光（约600纳米以下）。

2。光催化剂：一种可以用作光照反应催化剂的材料。光催化剂应用于吸收光的导电玻璃衬底（FTO玻璃）。它用作电极，也可以称为光催化剂阳极或光阳极。在这项研究中，使用光催化剂通过分裂水分子来产生氢气。

3。过氧化氢：过氧化氢（H2O2）通常用于广泛的应用，如消毒剂、洗涤剂、化妆品、漂白剂和净化水。大多数过氧化氢是使用蒽醌工艺生产的，该工艺必须在大型化工厂进行，并产生有机废物和二氧化碳。此外，过氧化氢不稳定，因此运输成本高昂，人们担心其安全性。然而，该研究小组开发了一种通过安全、低成本和绿色工艺合成液体H2O2的方法。H2O2的市场价值高于O2，因此在生产氢的同时生产过氧化氢也可以降低氢气生产成本。

4。Mesocrystal：多孔晶体结构，由三维对齐的纳米颗粒组成。数百纳米或微米小，它们的特点是纳米颗粒之间的孔隙在2到50纳米之间。

5。兴奋剂：在晶体中添加少量另一种物质，以改变其物理特性。Dopant扩散发生在晶体结构内，沉积在表面的现象称为掺假体分离。

6。共催化剂：一种与光催化剂结合以促进反应的物质。在这项研究中，使用锡和钛复合氧化物来促进过氧化氢的产生。

7。光能转换效率：反应中使用的光粒子数量（输出）除以输入的光粒子数量。

8。溶剂热法：一种在高温高压下使用溶剂合成固体的方法。

9。SPring-8：SPring-8位于日本兵库县的Harima科学园，是一个大型同步辐射设施，目前提供世界上最强大的同步辐射。当加速到几乎光速的电子束被迫通过磁场在弯曲的路径上传播，产生高度聚焦的强大电磁辐射时，就会产生同步辐射。Spring-8使用同步辐射进行了广泛的研究，包括纳米技术、生物技术和工业应用。SPring-8由RIKEN管理，日本同步加速器辐射研究所（JASRI）负责促进其使用。

10。电子能量损失光谱学：一种光谱学技术，通过测量入射电子束激发样品中的电子时损失的能量来分析样品的组成及其元素的键合状态。通过将这项技术与扫描透射电子显微镜相结合，可以分析高分辨率的微小区域。

11。法拉达效率：传输到促进电化学反应的系统中的总电流的百分比（在这种情况下是氢和过氧化氢的产生）。

12。第一项原理计算：一种基于密度泛函理论计算物质内电子运动的方法。它能够计算表面能量吸收的性质和固体或颗粒的最佳结构。

13。阳极：在电化学中，发生氧化反应的电极

14。阴极：在电化学中，发生还原反应的电极