我所倡議建立太陽能光催化分解水標準測試方法和效率認證中心

  近日,我所催化基礎國家重點實驗室李燦院士、李仁貴研究員向國際學術界倡議,建立太陽能光催化分解水標準測試方法和效率認證中心。該倡議聯合日本東京大學Kazunari Domen教授、澳大利亞昆士蘭大學王連洲教授、日本國立產業研究所Kazuhiro Sayama教授、中國科學院金屬研究所劉崗研究員等國內外科學家,從澄清光催化基本概念出發,指出顆粒光催化劑分解水研究中現存的誤差來源,闡明不同效率表現方式的利弊,并提出了規范太陽能光催化性能的比較方法,尤其對于太陽能光催化分解水研究領域的兩個重要指標——量子效率和太陽能制氫效率,提出了規范的標準測試方法,并建議將其作為國際重要期刊發表相關文章的依據。

  太陽能光催化分解水制氫是國際科學領域的前沿科學課題,備受世界范圍科學家的關注,其基礎科學問題涉及光電轉化、光化學轉化和光生電荷動力學等多方面,該過程一旦取得突破,將有可能從根本上變革能源和化工行業現有結構,對緩解人類目前面臨的氣候變化、能源安全以及生態環境可持續發展等問題具有重要意義。過去幾十年內,該領域已經發表了數萬篇學術論文,且發表文章數逐年呈指數增長。然而,該研究領域國際和國內缺乏統一的效率認證和評價標準,造成該領域發表的學術論文中存在各類效率名目多、數據可比性差等問題,亟需建立規范統一的標準測試方法及效率認證中心,以更好地規范該領域健康發展。

  太陽能光催化分解水反應是一個涉及多電子轉移的復雜過程,受到光吸收效率、電荷分離效率和催化反應效率等多個因素的制約影響,實驗條件和參數較難準確控制,實驗誤差較大。此外,由于測試實驗方法的不同,造成重要實驗數據很可能存在偏差已成為該研究領域的普遍現象。縱觀其他相關領域的發展,如太陽電池領域,已有多個國際通行的評價測試標準方法和認證中心,其中美國可再生能源國家實驗室(NREL)等作為認證中心,承接對全世界的太陽電池效率的認證測試,并每年在國際上權威發布引領世界太陽電池效率的結果,使不同實驗室發表的研究數據之間具有可比性,對該領域的發展起到了重要作用。

  為了更好地推行這一倡議,文中提議由各國科學家牽頭,在各自國家試行建立效率測試和認證中心,并在各國建立的中心之間互相校準,逐步推動國際統一的標準和認證,目前已初步達成在中國和日本等國家建立標準測試中心的協議。在國家自然科學基金委支持下,我國太陽能光催化領域第一個基礎科學中心——“人工光合成”中心已于2020年在我所獲批成立,該中心由李燦牽頭,將著手籌建中國太陽能光催化分解水標準效率測試中心。與此同時,日本科學家代表Kazunari Domen和Kazuhiro Sayama等將在東京大學以及日本國立產業研究所建立日本的光催化效率測試中心。這些標準效率測試中心的建立,將致力于規范太陽能光催化研究領域的實驗過程、實驗數據和數據表現方式,提升相關實驗技能,提高太陽能光催化領域發表文章的可信度和準確性,推動該基礎科學研究領域的健康可持續發展。

  該倡議以“Efficiency Accreditation and Testing Protocols for Particulate Photocatalysts towards Solar Fuel Production”為題,作為Perspective文章發表在《焦耳》(Joule)上。(文/圖 李仁貴)

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