近期，物理學院低維能量轉換材料與器件研究團隊李亞光博士、王淑芳教授與天津理工大學羅俊研究員研究團隊合作，提出異質結構提高光熱材料輻照溫度的普適策略，并據此構建新型光熱系統實現了規模化室外太陽光驅動甲醇重整制氫，相關工作“General heterostructure strategy of photothermal materials for scalable solar-heating hydrogen production without the consumption of artificial energy”以河北大學為第一單位發表在《自然·通訊》(Nature Communications,2022, 13, 776)。李亞光博士為論文第一兼通訊作者，王淑芳教授和羅俊研究員為共同通訊作者。
太陽光熱催化能夠不依賴人工能源運行，但光熱材料受制于室外太陽光輻照溫度過低的限制，使得自然光熱催化難以實現。在該項工作中，李亞光等人提出了利用黑色光熱材料（如Bi2Te3）和紅外反射材料（Cu）構成異質結構來提升光熱材料光熱溫度。結果表明：Bi2Te3/Cu異質結構能夠實現89%的太陽光譜吸收和5%的紅外耗散，使得標準太陽光輻照下的Bi2Te3的溫度從93 °C提高到317 °C。且該策略通用于各種光熱材料（如Ti2O3、Cu2Se和Cu2S等）。此外，以Bi2Te3/Cu為基礎的新型光熱系統在標準太陽光輻照下能夠將CuZnAl二維催化劑加熱至305 °C，使得驅動甲醇重整制氫速率達到310 mmol g-1h-1，太陽能到氫能的轉化效率達到30.1%。同時，該課題組還制備了6 m2的規模化光熱甲醇重整制氫系統，在春季的室外太陽光輻照下單天產氫量為23.27 m3，顯示出能夠直接工業化應用的潛力。
《Nature Communications》為Nature系列的國際權威期刊，主要報道生物、健康、物理學、化學和地球科學等自然科學領域的重要研究進展。以上工作得到河北省自然科學基金委、河北省科技廳、河北省教育廳、國家自然科學基金委和河北大學物理學院公共測試中心的大力支持。
文獻鏈接：https://doi.org/10.1038/s41467-022-28364-y
（物理科學與技術學院、科學技術處供稿）
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