太阳能制氢 太阳能 热转化 电能 化学和生物转化 高温分解水 和生物质 电解水 分解水 生物质 污染物 ●已有百余年历史 ●主要是热化学问题 ·近二三十年历史 ·尚有一些工程技术问题 ·尤其近几年开始受重视 ,太阳能电池工作 ·成本较高 11
太阳能制氢 11
>太阳能光催化分解水制氢 三(2,2'一联吡啶)合钉（匹）(Cat)一 Cat*(已活化) 光能 Letters to Nature Nature238,37-38(7July1972)|doi:10.1038/238037a0;Received13 2Cat*)+H,0→H,+20,+2(Cat） Electrochemical Photolysis of Water at a Semiconductor Electrode AKIRA FUJISHIMA'KENICHI HONDA' Photosynthesis ALTHOUGH the possibility of water photolysis has been ·Top investigated by many workers,a useful method has only now been developed.Because water is transparent to visible light it cannot be decomposed directly,but only by radiation with Plant wavelengths shorter than 190 nm (ref.1). Sugar +2 ELECTROCHEMICAL PHOTOLYSIS OF WATER ATA SEMICONDUCTOR ELECTRODE CO2+H2O Chemical 储黄森m energy Artificial 日本有人把太阳能电池板与水电解槽 Photosynthesis (Water splitting) 连接在一起，电解部分的材料在产生 H2+02 氢气一侧使用钼氧化钴，产生氧气一 K6Jau3 Chemical energy 侧则使用镍氧化钴。使用1平方米太阳 H2O △G0=237 kJ/mol 能电池板和100毫升电解溶液，每小时 可制备氢气20升，纯度为99.9%. Fig.2 Photosynthesis by green plants and photocatalytic water splitting as an artificial photosynthesis. 12
¾ 太阳能光催化分解水制氢 三(2,2’—联吡啶) 合钌(Ⅱ) (Cat) Cat*(已活化) hν 光能 2 22 1 2(Cat*) H O H O 2(Cat) 2 o 12 日本有人把太阳能电池板与水电解槽 连接在一起，电解部分的材料在产生 氢气一侧使用钼氧化钴，产生氧气一 侧则使用镍氧化钴。使用1平方米太阳 能电池板和100毫升电解溶液，每小时 可制备氢气 20 升，纯度为 99.9%
>太阳能利用的生物光合过程 绿藻中的光合作用 P700 2H++2e→H2 -1.20 光系统川：O2 2H Phe Fd e Hoase .0.80 POA H2 P680 Cytochrome bef P0妇 Fp FAD) -040 Phe PQ hv e 0 NADP+NADPH hv PQ FeS PC +0.40 e +0.80 HO P700h +1.20 P680 光系统：H2 +1.60 Mn complex H20-2e+1/202+2Ht 13
¾ 太阳能利用的生物光合过程 13
纯化（purification) 方法 制得的氢气纯度 适用规 基本原理 适用原料气 (%) 格 含氧的氢气，主要为电解法制 高压催化法 氢与氧发生催化反应而除去氧 得的氢气 99.999 金属氢化物分 先使氢与金属形成金属氢化物后，加热或 离法 减压使其分解 氢含量较低的气体 >99.9999 中小 高压吸附法 吸附剂选择吸附杂质 任何含氢气体 99.999 大 低温分离法 低温下使气体冷凝 任何含氢气体 90-98 大 钯合金薄膜扩 钯合金薄膜对氢有选择渗透性，而其他气 氢含量较低的气体 >99.9999 中小 散法 体不能透过 聚合物薄膜扩 气体通过薄膜的扩散速率不同 炼油厂废气 92-98 散法 http://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%B0%A2 14
纯化（purification） http://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%B0%A2 14
H2用途 CH2OH co M+ M Feed-stock 还原剂 Metal production -C-C C=C H2 N2 NH3 Margarine Fertilizers, 燃料电池 plastics Fuel Heat Heat Fuel cells, Oxygen rocket fuel (in Hydrogen (H2)in 燃料 燃烧值kJkg1 氢气(H2) 120918 Water (H20)ou 戊硼烷（BsHg) 64183 FLOW FIELD MEMBRANE 戊烷(CsH12) FUEL CELL 43367 15
H2用途 燃 料 燃烧值/kJ·kg-1 氢 气（H2） 120918 戊硼烷（B5H9） 64183 戊 烷（C5H12） 43367 还原剂 燃料电池 15