重大突破!瑞典科学家研发新型材料 可高效“裂水制氢”
原创
2021-04-28 15:02 星期三
财联社 黄君芝

财联社(上海,编辑 黄君芝)讯,借助阳光从水中分离出氢气是一种非常有前景、潜在的可再生能源生产渠道。瑞典林雪平大学(LiU)的研究人员日前开发出了一种新材料——纳米多孔立方碳化硅,它表现出很有前景的特性,可以捕获太阳能,并将水分解以生产氢气。

林雪平大学物理、化学和生物系高级讲师Jianwu Sun表示:“需要新的可持续能源系统来应对全球能源和环境挑战,例如不断增加的二氧化碳排放和气候变化。”他领导的这项新研究已经发表在了著名科学期刊《ACS纳米》(ACS Nano)上。

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据悉,氢的能量密度是汽油的三倍。它可以用于燃料电池来发电,而且以氢气为燃料的汽车已经在市场上销售。当氢气被用于生产能源时,唯一生成的产物是纯水。

然而,相比之下,生产氢气时会产生二氧化碳,因为目前最常用的技术在这个过程中依赖于化石燃料。因此,每生产1吨氢气,就会排放9-12吨的二氧化碳。

显然,利用太阳能分解水分子生产氢气是一种可持续的方法,可以利用可再生资源生产氢气,而不会导致二氧化碳排放。这种方法的一个主要优点是可以将太阳能转化为可以储存的燃料。

“传统的太阳能电池在白天产生能量,这些能量必须立即使用,或者储存在电池中。氢是一种很有前途的能源,它可以像汽油和柴油这样的传统燃料一样被储存和运输。”Sun补充说。

然而,利用阳光中的能量来分解水产生氢气并不是一件容易的事情。为了成功实现这一目标,必须找到成本效益高的材料,这些材料必须具有正确的反应特性,在这个反应中,水(H2O)通过光解被分解成氢气(H2)和氧气(O2)。

阳光中可以用来分解水的能量主要以紫外线辐射和可见光的形式存在。因此,需要一种能有效吸收这种辐射的材料来产生能分离的电荷,并有足够的能量将水分子分解成氢气和氧气气体。

到目前为止,被研究的大多数材料要么在利用可见光的能量方面效率低下(例如二氧化钛TiO2,只吸收紫外线),要么不具备将水分裂为氢气所需的特性(例如硅Si)。

此次,该研究小组研发出了新型材料3C-SiC。该材料是一种具有许多极小孔隙的立方碳化硅,具有很好的特性,表明它可以用来利用太阳光从水中生产氢气。

研究人员发现,这种新的多孔材料可以有效地捕获和收集紫外线和大部分可见光。此外,多孔结构促进了具有所需能量的电荷的分离,而小孔给予了较大的活性表面积。这增强了电荷转移,增加了反应点的数量,从而进一步提高了水分离的效率。

Sun表示,“我们的主要研究结果是,纳米多孔立方碳化硅具有更高的电荷分离效率,这使得水分解成氢气比使用平面碳化硅要好得多。”

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