近期,，物理學(xué)院光驅(qū)動碳中和研究團隊在大規(guī)模人工光合作用領(lǐng)域取得重要進展，相關(guān)工作“A Ni-O-Ag photothermal catalyst enables 103-m² artificial photosynthesis with >17% solar-to-chemical energy conversion efficiency”以河北大學(xué)為第一單位發(fā)表在《Science Advances》（IF=13.6, 2024）,。李亞光博士為論文第一作者兼通訊作者,，中國科學(xué)院物理研究所孟慶波研究員為共同通訊作者。

光伏發(fā)電具有明顯的波動性,，這會影響電力系統(tǒng)的穩(wěn)定,。科學(xué)家模擬光合作用,，開發(fā)了光伏電催化CO₂資源化技術(shù),，即利用光伏電能驅(qū)動CO₂轉(zhuǎn)換為化工產(chǎn)品。但是該技術(shù)只能做到1m²量級的示范,，并且電極材料成本較高,。在前期的工作中，李亞光博士與孟慶波研究員聯(lián)合提出了光伏電催化分解水-光熱CO₂加氫耦合的新型人工光合作用系統(tǒng)這一設(shè)想,。在此基礎(chǔ)上,，李亞光課題組開發(fā)了Ni-O-Ag光熱催化劑，使得該系統(tǒng)能夠在低密度太陽光輻照下運行,；并在河北大學(xué)生命科學(xué)與綠色發(fā)展研究院的資助下,，構(gòu)建了100平方米量級的新型人工光合作用系統(tǒng)示范。

本工作中，李亞光課題組合成了Ag單原子負(fù)載NiO納米片（2D Ni₁Ag_0.02O₁）,，原位DRIFTS和理論計算表明,，CO₂在2D Ni₁Ag_0.02O₁的不對稱吸附增強了CO₂的活化能力，這使得2D Ni₁Ag_0.02O₁催化劑在室外低密度太陽光輻照下展現(xiàn)出高效的光熱逆水煤氣反應(yīng),，在標(biāo)準(zhǔn)太陽光輻照下,，其CO產(chǎn)率達到1065 mmol g^-1 h^-1?；?D Ni₁Ag_0.02O₁催化劑輔助的光熱CO₂加氫系統(tǒng)和商用的光伏電解水制氫系統(tǒng),，李亞光課題組與孟慶波課題組聯(lián)合研制了光照面積達到103平方米的人工光合作用系統(tǒng)示范。該示范能夠擺脫電網(wǎng)依賴,，實現(xiàn)全離網(wǎng)運行,；在自然太陽光輻照下，能夠?qū)O₂和H₂O轉(zhuǎn)換為綠色合成氣,，其產(chǎn)量達到~22m³/天,，H₂/CO比可以調(diào)整為0.4-3，平均太陽能-化學(xué)能轉(zhuǎn)換效率為17.0%,。這項工作顯示了光伏-光熱耦合技術(shù)在人工光合作用領(lǐng)域的應(yīng)用潛力,，為光驅(qū)動碳中和領(lǐng)域的深度開發(fā)提供了一條可行的路徑,。

以上工作得到河北省自然科學(xué)基金,、國家自然科學(xué)基金、河北省科技廳,、河北省教育廳,、河北大學(xué)自然科學(xué)多學(xué)科研究項目、河北農(nóng)業(yè)大學(xué)科研基金項目,、中科院等資助以及河北大學(xué)物理學(xué)院公共測試中心的大力支持,。

文獻鏈接：https://doi.org/10.1126/sciadv.adn5098

(物理學(xué)院、科學(xué)與技術(shù)創(chuàng)新研究院 供稿)