西工大李炫华教授团队 Science：原位光催化增强热氧化还原电池实现同时产电产氢
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Science 在同期还发表了题为“Electrochemical waste-heat harvesting”的观点文章（ perspective ），重点报道了该研究成果。观点文章中多次使用“第一步”（a first step）、“创记录的热功率表现”（record-high thermogalvanic performance）、“提供了基本设计原则”（provides essential design principles）和“开辟了一条令人兴奋的新路线”（pioneers an exciting new route）等论述，对本项研究工作给予高度评价，并指出“光催化”策略对于热化学电池器件的优化提供了新的见解，具有重要的指导意义。
低品位热能广泛存在于环境和工业过程，例如太阳能、地热能，以及车辆、工业、电子元器件发热等。但由于缺乏经济高效的能源回收技术，该部分能量基本被废弃。传统的热电技术在热功率方面存在限制，通常仅能提供较低的热功率。为了克服这一限制，热化学电池被提出并作为一种有效的替代品，可以提供更高的热功率，达到每度每毫伏（mV/K）的水平。根据理论分析，热功率与氧化还原离子之间的熵差（ΔS）以及电池冷热两端的离子浓度差（ΔC）有关。因此，如何提高ΔS和ΔC成为解决热化学电池的关键核心。过去10年，诸多研究团队围绕该问题开展了大量相关研究，目前科学家已经有效解决了ΔS受限的问题。遗憾的是，迄今为止，都没有找到一个有效的方法，实现在热化学电池中构建大ΔC，导致热功率只有3.7 mV K–1。究其原因在于，氧化还原离子对的浓度梯度在热力学上是不稳定的，很容易自发衰减。面对这一问题，李炫华团队通过学科交叉思想，基于热化学电池和光催化都使用氧化还原离子对的特点，提出了一个设想：是否可以通过光催化的方法来原位提高热化学电池离子的浓度差，并巧妙“共享”两种氧化还原离子对，从而增强热功率的输出？这一设想基于对热化学电池和光催化的深入理解，通过将光催化和热化学电池交叉融合，有望创制出全新的热电系统，以提升器件性能。
图1： 在热化电池thermogalvanic cells，TGC中，氧化还原离子浓度梯度的原位光催化增强。
图2: 热化电池TGC和
的热电性能。
图3: 实验验证了光催化增强.热化电池TGCs的工作原理。
图4: 大面积光催化增强.热化电池TGC。
原文链接
https://www.science.org/doi/10.1126/science.adg0164
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