近日，中科院大連化學物理研究所催化基礎國家重點實驗室、潔凈能源國家實驗室（籌）李燦團隊在太陽能光—電轉化和燃料電池化學能—電能轉化交叉領域取得新進展，發(fā)現光催化可以顯著促進氧還原反應（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，相關研究在《德國應用化學》上發(fā)表。
H2-O2燃料電池能將氫氣直接高效轉化為可廣泛應用的電能，同時產生對人類生存環(huán)境友好的水分子，是先進可持續(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，直接關系到整個電池的開路電位和輸出功率。貴金屬鉑是ORR最好的催化劑，但是較高的成本嚴重制約了燃料電池技術的發(fā)展和商業(yè)化進程。
研究人員將光催化引入ORR，發(fā)現采用聚合物半導體光催化劑、光照可顯著促進ORR的電催化活性，起始電位遠低于商業(yè)鉑催化劑。由此構建的光驅動概念型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。光驅動概念型H2-O2燃料電池可被認為是聚合物太陽能電池和H2-O2燃料電池疊層耦合的結果。光促進分子氧還原的機理可能是光激發(fā)聚合物的電子從價帶到導帶，導帶上激發(fā)態(tài)的電子具有足夠的電勢轉移填充到氧分子的反鍵軌道，從而使氧還原反應更加容易。該研究結果為解決燃料電池ORR反應動力學問題開拓了新的思路，顯示出潛在的應用價值。
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