化石能源的过度开发和利用造成了环境污染和气候平均状态随时间的变化等严重问题，开发和利用可再生清洁能源势在必行。氢能因其单位体积内的包含的能量高、储运方便以及无污染等特点，被公认为是世界上最优异的能源载体之一。虽然许多一次能源都可以转化为氢能，但是太阳能是其中储量最丰富且清洁的一次能源。因此，如何将太阳能高效转化为氢能已成为当前可再次生产的能源领域的研究热点之一。基于本多-藤岛效应原理孕育而生的太阳能光催化技术为解决上述挑战提供了可行的途径，太阳能驱动的光催化和光电催化制氢技术探讨研究得到了快速发展。
近日，本刊第三期专辑“光催化：从太阳能到风能”已正式上线出版，特邀上官文峰教授（上海交通大学）、工藤昭彦教授（东京理科大学），江治副教授（上海交通大学）、山口友一助理教授（东京理科大学）担任本专辑的客座编辑。
本专辑精选了来自中国、日本、美国、德国、法国、澳大利亚、韩国、泰国等作者的19篇文章，其中8篇特邀评述论文阐述了金属阳离子取代法设计可见光响应型光催化剂、聚合物光催化剂、水凝胶光催化剂、层状碱钛酸盐和光电化学分解水系统和光阳极的设计方面的研究进展，另外的11篇研究论文介绍了新型光催化剂、光电极以及太阳能驱动光催化反应器优化设计相关的实验和理论成果。
为了推动太阳能驱动光催化制氢的产业化进程，开发在太阳光照下高效分解水的可见光响应型光催化剂刻不容缓。工藤昭彦教授（东京理科大学）及其合作者综述了合成可见光响应型光催化剂的研究进展，这中间还包括通过Rh、Ir等金属离子掺杂调控光催化剂价带结构和采用熔融盐处理和固溶策略在各种金属氧化物中（Ag(I)和Cu(I)）交换碱金属离子，特别介绍了SrTiO3:Rh、IrOx/SrTiO3:Rh、Sb、 CuLi1/3Ti1/3O2、Cu(I)-K2SrTa2O7以及Cu3Nb0.9V0.1S4首次成功案例。作者进一步指出，虽然文献所报道的宽波长响应型光催化剂数量有所增加，但是具有高量子效率的光催化剂的数量仍然十分有限。因此，在未来的研究中需要制定明确的策略，以此来实现高量子效率的光催化剂的开发和设计。
光催化粉末颗粒需要与周围介质良好接触才能发挥其高效的光催化性能。然而，由于纳米尺寸的光催化剂难以从反应介质中有效分离，这会造成二次污染并且降低循环常规使用的寿命。C.Terashima及其合作者综述了用于高效氢能转化以及环境处理的新颖水凝胶光催化剂的技术现状。他们都以为，三维网状结构的水凝胶光催化剂得益于其高比表面积、优异的吸附能力及良好的环境兼容性，是目前极具发展前途的载体材料。他们还指出，通过对水凝胶组分的内在特性进行深入研究以及对凝胶网状结构、溶胀特性和吸附特性进行调节，将为实现光催化凝胶的高效且可持续回收提供有效途径，从而克服现有水凝胶光催化剂的缺点。
张金龙教授（华东理工大学）及其合作者报道了另一种解决上述挑战的方案。他们采用两步法制备了以碳布为载体的直接Z型CdS/WO3复合光催化剂。在碳布的辅助作用下，光催化剂均匀地生长在其表面。实验根据结果得出，与单纯CdS负载的碳布相比，CdS/WO3复合材料的产氢性能是其5.5倍。这项工作为可回收型光催化剂的开发提供了另一个新思路，对其实际应用技术开发具有积极意义。
光电化学（PEC）分解水被认为是太阳能制氢另一种具有发展前途的方式。PEC工艺是基于一体式光电极，即在同一组件上同时发生光吸收和水电解。与此同时，光伏-电催化（PV-EC）工艺中光伏和电催化模块是相互独立的，二者分别实现太阳能到电能的转化以及水分解的过程。王连洲教授（澳大利亚昆士兰大学）及其合作者从效率、成本和稳定能力三方面对PEC和PV-EC进行了比较，他们都以为PEC应以廉价半导体为基础，以提高太阳能转化为氢能的效率为目标，从而保持其在可持续制氢技术竞争中的地位。
此外，流动特性和辐照分布是影响太阳能光催化反应器工程性能的另一个主要的因素。赵亮教授（西安交通大学）及其合作者基于混合流动模型建立了优化的六通量模型并将其应用于管式太阳能光催化反应器。他们发现催化剂浓度和循环速度等参数会影响反应器出口处的辐照分布，优化后的六通量模型在更高的催化剂浓度和更低的速度下具有更加好的性能。这项工作为太阳光能光催化制氢的工程应用提供了坚实的理论指导和技术支持。
上官文峰（Wenfeng SHANGGUAN）：上海交通大学特聘教授，长期从事光催化和环境催化研究，发表学术论文280多篇，获授权发明专利20余项，出版中英文专著译著及教材6部，入围“中国高被引学者”榜单，获上海市自然科学一等奖、宝钢教育基金会“优秀教师奖”等，享受国务院政府特殊津贴。
工藤昭彦（Akihiko KUDO）：东京理科大学教授，长期从事光催化/光电催化分解水、人工光合成固定二氧化碳等研究，发表290余篇国际学术期刊论文，入围“全球高被引科学家”榜单，获日本文部科学大臣“科技奖”、日本触媒学会奖等奖项。
江治（Zhi JIANG）: 上海交通大学副教授，长期从事光催化、同步辐射先进表征研究，发表论文50余篇，主持国家自然科学基金项目三项，获上海市自然科学一等奖（排第三），出版中英文专著及教材2部。
山口友一（Yuichi YAMAGUCHI）：东京理科大学博士，英国利物浦大学博士后，现任东京理科大学助理教授，从事光催化分解水和二氧化碳转化研究，发表国际期刊学术论文15篇。
Frontiers in Energy （SCI，2020 IF 2.709）)于2007年创刊，是全英文能源领域综合性学术期刊。主编是翁史烈院士、倪维斗院士、苏义脑院士和彭苏萍院士。执行主编是上海交通大学黄震院士。出版能源领域原创研究论文、综述、科学快报、专题论文等。关切可再次生产的能源、未来能源、超常规能源、2030能源、微/纳米能源、能源与环境等全球能源的重大挑战问题。
涉及领域包括（不限于）：先进的能源材料，储能与应用，氢能与燃料电池，CO2捕集、封存和利用，太阳能和光伏系统，生物燃料和生物能源，地热能，风能，地热能，潮汐能，核能，传热传质技术，能源与环境，建筑节能及能源经济政策等。
由教育部主管、高等教育出版社主办的《前沿》（Frontiers）系列英文学术期刊，于2006年正式创刊，以网络版和印刷版向全球发行。系列期刊包括基础科学、生命科学、工程技术和人文社会科学四个主题，是我国覆盖学科最广泛的英文学术期刊群，其中13种被SCI收录，其他也被A&HCI、Ei、MEDLINE或相应学科国际权威检索系统收录，具有一定的国际学术影响力。系列期刊采用在线优先出版方式，保证文章以最快速度发表。
高等教育出版社入选“中国科技期刊卓越行动计划”集群化项目。Frontier系列期刊中：13种被SCI收录；1种被A&HCI收录；6种被Ei收录；2种被MEDLINE收录；11种中国科技核心期刊；16种被CSCD收录。
特别声明：本文转载只是出于传递信息的需要，并不代表代表本网站观点或证实其内容的真实性；如别的媒体、网站或个人从本网站转载使用，须保留本网站注明的“来源”，并自负版权等法律责任；作者若不希望被转载或者可以联系转载稿费等事宜，请与我们接洽。
FoAR 前沿研究：自1931年柯布西耶的Salubra色卡问世后其建筑色彩的偏好——一种跨文化的分析
FESE 前沿研究：从碱性/热处理污泥中回收碳 用于提高微生物电解的产氢量
上一篇: 中国绿色技术助力全球能源转型
English