Фотоэлектролиз

Рис. 7.20. Блок-схема электрохимического фотолиза воды (фотоэлектролиз)

Для получения а-марганца с невысоким содержанием серы продукты очистки — сульфиды металлов, элементарная сера, 8 — в соответствии с произведением растворимости Мп8 следует удалить фильтрованием или методом адсорбционной очистки, а затем ввести строго определенное количество соединений серы. При получении у-марганца соединения серы и остатки органических соединений должны быть тщательно удалены путем адсорбционной очистки гидроокисью и двуокисью марганца либо с помощью фотоэлектролиза. [c.283]

Коренное изменение возможно, если удастся использовать полупроводниковую керамику с оптимальной шириной запрещенной полосы для фотоэлектролиза воды она должна лежать в пределах от 2,15 до 2,3 эВ. Идеальную для фотолиза воды ширину запрещенной зоны имеют, например, фотоаноды на основе оксидов железа. [c.84]

Важным шагом в направлении практического использования фотоэлектролиза является замена монокристаллического рутила на поликристалличе-ский ТЮз или другие материалы, стабильные к анодной коррозии при освещении, а также имеющие более узкую запрещенную зону и в силу этого использующие большую часть солнечного спектра. Во всех этих элементах полупроводник служит в качестве фотоанода (выделение кислорода), а металл (платина) в качестве катода (выделение водорода) [517—519]. Фотоэлектрод должен быть недорогим, коррозионно-стойким, долговечным, обладающим оптимальной для преобразования шириной запрещенной зоны и достаточно выгодной спектральной чувствительностью. [c.340]

Кроме того, фотоэлектрохимический способ представляет известное удобство в том отношении, что одна из его разновидностей-фотоэлектролиз-позволяет превратить энергию света непосредственно в химическую энергию продуктов фотоэлектрохимической реакции и таким образом наряду с собственно преобразованием энергии решить и вопрос ее запасания. Необходимость аккумулирования энергии с очевидностью вытекает из того факта, что мощность солнечного облучения на поверхности Земли сильно зависит от времени суток, погоды и пр., причем максимум потребления энергии не приходится на самое светлое время. [c.15]

Фотоэлектролиз, или фотоэлектрокатализ, представляет собой жидкостной аналог фотогальванического элемента, который работает в сочетании с электролитическим элементом разложения воды. Наилучшие КПД при использовании полного спектра солнечного излучения составляют порядка 2—3 %. Основная трудность в выполнении подобного рода систем состоит в том, что пока не найдено достаточно стойких материалов для электродов. Коррозия электродов вызывает падение и без того небольшого КПД процесса. Однако при достижении КПД на уровне 5 % можно говорить о промышленной реализации этого процесса. [c.340]

Максимально достигнутый энергетический КПД в фотоэлектрохимических элементах с поликристаллическими электродами составляет 7 % и приблизительно вдвое ниже, чем средний КПД серийных твердотельных солнечных батарей. Но можно полагать, что фотоэлектролиз станет экономически выгодным способом получения водорода как горючего, если его энергетический КПД достигнет, по крайней мере, 10—15 % [513]. Пока наиболее перспективным представляется двухстадийный метод получения водорода с использованием солнечной энергии. Первый этап — получение электрического тока от солнечных батарей (твердотельных либо жидкостных), распределенных на большой площади, и использование полученного электрического тока в электролизере современного типа [513]. Имея в виду фрагментарность изложения и новизну задачи, рекомендуем для более подробного изучения литературу [947—956]. [c.341]

Комиссаров Г. Г., Шумов Ю. С. О возможности фотоэлектролиза воды в моделях, содержащих фотосинтетические пигменты, и в зеленом листе,— Докл, АН СССР, 1968, т, 182, с, 1226. [c.249]

ПРЕОБРАЗОВАНИЕ СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ В ХИМИЧЕСКУЮ. ФОТОЭЛЕКТРОЛИЗ НЕОРГАНИЧЕСКИХ (ПОМИМО ВОДЫ) И ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ 102 [c.4]

Происходит преобразование энергии света в химическую энергию продуктов фотоэлектролиза. [c.47]

Отметим общие черты рассмотренных типов фотоэлектрохимических процессов, лежащих в основе элементов для преобразования световой энергии в электрическую и в химическую а) использование электрического поля обедненного слоя в полупроводнике для разделения генерированных светом зарядов б) перевод электрохимической реакции, которая протекает с участием основных носителей, на металлический противоэлектрод, чем достигается, во-первых, пространственное разделение продуктов фотоэлектролиза и, во-вторых, некоторое снижение потерь, обусловленных перенапряжением, хотя бы для одной из парциальных реакций (так как металлический электрод по своей электро-каталитической активности обычно превосходит полупроводниковый). [c.48]

Вначале интересы большинства исследователей сосредоточились на фотоэлектролизе воды как потенциальном источнике водорода для водородной энергетики будущего, К концу 1970-х годов центр тяжести был перенесен в область исследования фотоэлементов регенеративного типа, с которыми была достигнута ббльшая эффективность преобразования солнечной энергии. Эти работы позволили по-новому подойти к проблеме фотоэлектролиза, который в последнее время опять вышел на передний план. [c.54]

Преобразование солнечной энергии в химическую. Элементы для фотоэлектролиза воды [c.59]

Основные проблемы фотоэлектролиза [c.59]

Энергию образовавшейся электронно-дырочной пары ( Е ) не удается использовать целиком, так как процесс фотоэлектролиза связан с неизбежными потерями энергии в ходе разделения зарядов и их перехода [c.60]

Хранение солнечной энергии с помощью фотоэлектрохими-ческих процессов в принципе можно достигнуть несколькими путями. Во-первых, освещение химических веществ в гомогенном растворе может давать электрическую энергию в фотогаль-ванических элементах. Во-вторых, освещение электрода, погруженного в раствор, способно производить электрическую энергию благодаря фотогальваническому переходу, формирующемуся на поверхности раздела между жидкой и твердой фазами. Далее такой элемент можно заставить производить химические продукты, если соединить два электрода внешней цепью и осуществить фотоэлектролиз аналогично электролизу, идущему при использовании внешнего источника электрической энергии. Наконец, можно обойтись без отдельных электродов, заменив их суспензией фоточувствительных частиц, каждая из которых обладает свойствами анода и катода, и электролиз (например, воды) будет происходить микрогетерогенно во всем объеме раствора. [c.272]

Рис. 29. Зонная энергетическая диаграмма элемента для фотоэлектролиза воды с оптимизированным полупроводниковым фотоанодом п-типа и металлическим катодом [50] (изображено состояние короткозамкнутой ячейки при освещении)

Итак, первая трудность на пути реализации солнечного фотоэлектролиза воды вызвана недостаточной энергией основной массы квантов солнечного света для проведения этой реакции, имеющей относительно высокую энергию Гиббса. Чтобы обойти эту трудность. [c.62]

Хотя уравнение (3.4).формально больше соответствует определению к. п. д., данному в разд. 2.4 [ср. уравнение (2.11)], применять его не рекомендуется, так как результат не дает правильного представления о количестве запасенной в результате фотоэлектролиза энергии. В частности, к. п. д. остается положительной величиной и при ф > AG/e. [c.64]

Из рассмотренной в разд. 3.1 физической картины фотоэлектрохимического процесса вытекает, что величина фотопотенциала фр(,, определяющего электрическую мощность, не превышает скачка потенциала в области пространственного заряда, Ф . В то же время максимальное изменение квазиуровня Ферми неосновных носителей, f — Fp, которое ограничивает предельное достижимое изменение энергии Гиббса электрохимической реакции АС, может быть намного больше, а именно, близко к ширине запрещенной зоны полупроводника. Поэтому, если в ходе фотоэлектролиза получается продукт с большим энергосодержанием (АС велико), вьп-однее использовать элемент в режиме короткого замыкания. В обратном случае электрическая энергия может дать заметную добавку к к. п. д. элемента, как схематически показано на рис. 32. [c.65]

Из представленной в разд. 2.1 картины работы фотоэлектрохими- ческой ячейки с полупроводниковым фотоэлектродом и металличеосим противоэлектродом следует, что для самопроизвольного фотоэлектролиза воды необходимо выполнение следующих условий [c.59]

Теперь мы можем заново рассмотреть вопрос об оптимальной ширине запрещенной зоны фотоэлектрода. Ранее (см. разд. 2.3) при нахождении зависимости от Е (см. рис. 27) мы фактически считали Х,, [уравнение (2.13)] и К , [уравнение (2.14)] независимыми величинами. Это справедливо только для преобразования солнечной энергии в электрическую, так как последнюю можно превратить в полезную работу в принципе при любом напряжении. Но фотоэлектролиз протекает лишь при энергии квантов выше некоторого порога, равного сумме изменения энергии Гиббса полезной реакции и рассмотренных, выше неизбежных потерь. Поэтому требования к величине становятся 1более жесткими. На рис. 30 приведена рассчитанная [51] зависимость ьтеоретического верхнего предела произведения для фоторазло- [c.61]

Другая трудность связана с необходимостью выдержать заданное положение уровня Ферми фотозлектрода относительно уровня электрохимического потенциала соответствующей реакции, или, что то же, положение потенциала плоских зон полупроводника относительно обратимого потенциала протекающей на нем реакции. На опыте часто это требование не выполняется. Так, потенциал плоских зон одного из наиболее распространенных фотоанодов-оксиднотитанового (рутил)-положительнее обратимого водородного, и потому фотоэлектролиз воды на рутиле самопроизвольно не идет. Сдвинуть потенциал плоских зон, вообще говоря, можно путем химического воздействия на полупроводник (окисления или восстановления его поверхности, хемосорбции и т. д.). Но возможности этого способа все же ограничены. Поэтому для сдвига уровня Ферми прикладывают к ячейке напряжение от внешнего источника и ведут разложение воды опять-таки в режиме фотостимулированного электролиза. [c.63]

Подчеркнем, что фех1-это фактическая разность потенциалов между освещаемым фотоэлектродом и противоэлектродом при протекании через ячейку фототока >. Из уравнения (3.3) следует, что при фе > АС/е к. п. д. становится отрицательным. Физически это означает, что запасания световой энергии в ходе фотоэлектролиза не происходит, а тратится она, как и при фотокатализе (см. разд. 2.3), на преодоление кинетических затруднений реак1щи. [c.64]

Формулы (3.5) и (3.6) могут найти лишь ограниченное применение, так как дают представление о выигрыше энергии на отдельно взятом фотоэлектроде, но не в фотоэлектрохимическом процессе в целом, поскольку не учитывают потерь на противоэлектроде. Для иллюстрации приведем вычисленные [54] по приведенным выше формулам значения к. п. д. для реакции фотоэлектролиза воды в элементе с фотокатодом из InP -типа (его работа подробно разбирается в следующем разделе) и платиновым анодом. При внешнем напряжении 1,25 В (т.е. при Фех1 > AG/e) к. п. д. элемента, определенный по уравнению (3.3), отрицателен (—0,48%), что естественно, так как в рассматриваемых условиях химическая энергия получается не за счет света, а только за счет [c.64]

Для повыщения эффективности преобразования солнечной энергии в принщше можно использовать, наряду с химической, и электрическую. энергию, вырабатываемую элементом для фотоэлектролиза, снимая напряжение с сопротивления нагрузки во внешней цепи. Но включение нагрузки в цепь неизбежно ведет к уменьшению фототока по сравнению с режимом короткого замыкания элемента. Чтобы решить, целесообразно ли это делать, нужно сравнить полную мощность на выходе элемента Р = Р., + Р ,= Ше + ц,р )1 , (3.7) [c.65]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология