光催化增強熱電材料研究成果登上《科學》

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2023年7月21日，西北工業大學材料學院納米能源材料研究中心李炫華教授團隊在《科學》雜志在線發表題為《原位光催化增強熱氧化還原電池實現同時產電產氫》的研究論文。該研究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。

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這是西工大今年發表的第二篇《科學》論文。

《科學》在同期還發表了題為《電化學廢熱收集》的觀點文章，重點報道了該研究成果。觀點文章中多次使用“第一步”“創記錄的熱功率表現”“提供了基本設計原則”和“開辟了一條令人興奮的新路線”等論述，對本項研究工作給予高度評價，并指出“光催化”策略對于熱化學電池器件的優化提供了新的見解，具有重要的指導意義。據了解，這是2023年以來西北工業大學在《科學》雜志發布的第二篇論文。

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光催化增強熱化學電池的示意圖。（圖片均由西北工業大學提供）

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。為了克服這一限制，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，達到每度每毫伏（mV/K）的水平。根據理論分析，熱功率與氧化還原離子之間的熵差（ΔS）以及電池冷熱兩端的離子濃度差（ΔC）有關。因此，如何提高ΔS和ΔC成為解決熱化學電池的關鍵核心。

李炫華團隊通過學科交叉思想，基于熱化學電池和光催化都使用氧化還原離子對的特點，提出了一個設想：是否可以通過光催化的方法來原位提高熱化學電池離子的濃度差，并巧妙“共享”兩種氧化還原離子對，從而增強熱功率的輸出。