太阳能利用(太阳能领域的最新成就)

光催化太阳能新利用

使用煤、石油、天然气等燃料造成的温室效应、空气污染等环境问题日益成为不可忽视的社会问题，燃料的不可再生性也意味着这种能源利用模式不可持续。在这种背景下，寻找和利用清洁、安全、可再生的新能源已经成为研究者迫切需要解决的问题。

太阳能因其广泛存在和对人类社会几乎取之不尽的特性，一直吸引着人们的兴趣。事实上，使用太阳能的方式历史悠久，种类繁多。比如在野外，我们可以通过种植植物将太阳能转化为生物质能，储存在食物中；在家里，我们可以用太阳能热水器将太阳能转化为热能，储存在热水中。在太阳能发电厂中，光伏电池阵列可以帮助我们将太阳能转化为电能，供成千上万的家庭和各行各业使用。除了上述太阳能利用方式之外，将太阳能转化为化学能的研究，即光催化反应，也成为近年来研究者的新宠。

太阳能转化为化学能的过程，即光催化反应，简而言之，就是利用太阳能借助光催化剂促进化学反应的过程。在这个过程中，光催化材料吸收太阳能，在内部产生具有氧化还原能力的电子和空穴对。这些电子和空穴还原或氧化反应体系中的物质，产生相应的产物或产生相应的效应，完成化学能的产生和储存。

光催化反应在很多场合已经发挥或有潜力发挥作用。目前主要有两个方面：环境净化和太阳能燃料合成。环境净化可以通过光催化反应将空气或水中的污染物分解成简单无害的无机物，也可以通过光催化反应破坏细菌细胞壁的结构，从而达到水杀菌的效果；在太阳能燃料合成方面，水和二氧化碳可以统称为简单有机物，如甲醇，即人工光合作用。另一方面，利用光催化材料中光激发产生的电子和空穴对产生氢和氧，即光催化分解水，可以还原氧化水中的质子和氧阴离子。由于氢气热值高，清洁，可以作为各种化工行业的原料，这种利用模式可以称得上是太阳能转化为化学能最理想的方式。

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