CC BY
9Солнечно-водородная энергетика Solar-hydrogen energy
ФОТОЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЕ ПОЛУЧЕНИЕ ВОДОРОДА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МЕТАЛЛОКСИДНЫХ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ФОТОЭЛЕКТРОДОВ
В. М. Аракелян, В. М. Арутюнян, Г. Э. Шахназарян, Г. М. Степанян, А. Р. Оганесян
Кафедра физики полупроводников и микроэлектроники, Ереванский государственный университет ул. А. Манукяна 1, Ереван, 375025, Республика Армения Тел./факс: +37410 555590; e-mail: [email protected]
Фотоэлектрохимическое получение водорода основано на реакции фотокаталитического разложения воды на молекулярные водород и кислород под действием солнечного света. Процесс фотоэлектролиза является экологически чистым и возобновляемым процессом преобразования и аккумулирования солнечной энергии в химическую энергию высококалорийного топлива (водорода). Катализаторами, способными обеспечить поглощение солнечной энергии, в этом процессе служат полупроводниковые фотоэлектроды, для изготовления которых в основном используются окислы переходных металлов, поскольку именно эти материалы проявляют устойчивость к фотокоррозии в водных растворах электролитов.
Целью настоящей работы является представление результатов исследований в области фотоэлектрохимического получения водорода, прове-
денных в Ереванском государственном университете. В качестве полупроводниковых материалов для фотоэлектродов исследовались окислы ТЮ2, Fe2O3, ZnO, SrTiO3, ТЮ, твердые растворы из систем ТЮ2-Мп02, ZnO-CdO, Fe2O3-Nb2O5, ZnO-Fe2O3 и др. Проведены исследования электрофизических, оптических, фотоэлектрохимических характеристик изготовленных фотоэлектродов, а также строения границы раздела полупроводник -электролит. Достигнутая в настоящее время эффективность фотоэлектрохимического получения водорода для стабильных керамических фотоэлектродов составляет 1,5-1,9 % для ТЮ2_х, ТЮ2 ^е>, ZnO1_x, ZnO <А1>, 1 % для Fe2O3 <Т^ Sn, Та> и SrTiO3 <Ь,а>.
Представлены фотоэлектролизные установки, изготовленные в ЕГУ для получения водорода в натурных условиях.
PHOTOELECTROCHEMICAL PRODUCTION OF HYDROGEN USING METAL OXIDE SEMICONDUCTOR PHOTOELECTRODES
V. M. Arakelyan, V. M. Aroutiounian, G.E. Shahnazaryan, G. M. Stepanyan, H. R. Hovhannisyan
Department of Physics of Semiconductors and Microelectronics, Yerevan State University, Alek Manookian str. 1, Yerevan, 375025, Republic of Armenia Phone/fax: +37410 555590; e-mail: [email protected]
Photoelectrochemical production of hydrogen is based on the catalytic reaction of water decomposition on a semiconductor surface, producing molecular hydrogen and oxygen under solar irradiation. A direct conversion of solar energy to chemical energy of high caloric fuel (hydrogen) is a result of such process. Photoelectrolysis of water with the use of semiconductor photoelectrodes is non-polluting, wasteless, renewable method of production of energy. Metal oxide semiconductors are today the most promising catalysts for the photoelectrolysis of water as the problem of the stability of photoelectrodes is basically solved only for these materials.
The aim of this paper is the presentation of results of investigations of different metal oxide semiconductor for photoelectrochemical production of hydrogen obtained in Yerevan State University
(Armenia). We manufactured and investigated photoelectrodes made of oxides TiO2, ZnO, Fe2O3, SrTiO3, TiO and solid solutions TiO2-MnO2, ZnO-CdO, Fe2O3-Nb2O5, TiO2-Cu2O, Fe2O3-ZnO etc. We have experimentally investigated electrophysical, photoelectrochemical, photoelectrical, optical, photocorrosion and other properties of metal oxide photoelectrodes and the structure of semiconductor - electrolyte interface. At present, the solar energy-hydrogen conversion efficiency for stable ceramic compact photoelectrodes equals to 1,51,9 % for TiO2-x, TiO2<Re>, and ZnO1-x, ZnO<Al> etc., 1 % for Fe2O3<Ti or Ta> and SrTiO3<La>.
Several versions of the photoelectrolysis setup for hydrogen production in natural conditions, which have been manufactured and tested in Yerevan State University, are presented.
International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology ISJAEE №5(37) (2006) Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» АЭЭ № 5(37) (2006)
