西北工業大學李炫華團隊發布光催化增強熱電材料研究成果

中國教育報-中國教育新聞網訊（記者 馮麗）記者從西北工業大學獲悉，該校材料學院納米能源材料研究中心李炫華教授團隊提出光催化增強熱電材料的多功能器件設計思路，解決了熱化學電池長期面臨的電解質離子大濃差難以構建的關鍵難題，實現了功能器件電能和氫能的協同制備，為未來多元化能源的有效開發和創新設計提供了核心關鍵技術。該研究論文日前在《科學》（Science）雜志在線發表。

本論文中，西北工業大學2019級博士研究生王一瑾為第一作者，李炫華教授為唯一通訊作者。特拉華大學魏秉慶教授、英國倫敦瑪麗女王大學安娜博士、新加坡南洋理工大學黃文靜博士為論文的共同作者。

據了解，低品位熱能廣泛存在于環境和工業過程，例如太陽能、地熱能，以及車輛、工業、電子元器件發熱等，但由于缺乏經濟高效的能源回收技術，該部分能量基本被廢棄。傳統的熱電技術在熱功率方面存在限制，通常僅能提供較低的熱功率。為克服這一限制，熱化學電池被提出并作為一種有效的替代品，可以提供更高的熱功率。

同時，根據理論分析，熱功率與氧化還原離子之間的熵差以及電池冷熱兩端的離子濃度差有關。如何提高熵差和離子濃度差成為解決熱化學電池的關鍵核心。然而迄今為止都沒有找到一個有效的方法，實現在熱化學電池中構建大離子濃度差。

面對這一問題，李炫華團隊采用鐵氰根和亞鐵氰根離子作為氧化還原電對，聚丙烯酸水凝膠作為基體。通過兩個氧化還原離子的協同優化，成功獲得了當前最高值2倍的熱功率。同時，系統的太陽能到氫能轉換效率達到0.4%。在此基礎上，研究團隊構建了一個由36個單元組成的大面積光催化增強熱化學電池 (112平方厘米)，在西安進行了實地測試。在室外光照6小時后，產生了4.4伏的開路電壓和20.1毫瓦的功率，同時產生0.5毫摩爾的氫氣和0.2毫摩爾的氧氣。這使得系統能夠滿足小型電子設備對電能的需求，同時也為氫能的產生提供了一種綠色、高效的解決方案。

這些優勢使得光催化熱電技術為未來能源轉換和可持續發展提供了重要支持，這項多元化的能源利用技術也為未來科技的發展提供了更多可能性。