水，化學(xué)式H2O，氫和氧的組合。從水中分離氫并不困難。然而，氫的收集和儲(chǔ)存一直是一個(gè)技術(shù)難題，阻礙了水光解制氫的實(shí)際應(yīng)用。最近，中國科技大學(xué)的科學(xué)家解決了這個(gè)問題。大學(xué)微尺度材料科學(xué)國家實(shí)驗(yàn)室的蔣軍教授和趙瑾教授合作提出了第一個(gè)通過水的光解將氫儲(chǔ)存和氫生產(chǎn)集成在一起的材料系統(tǒng)設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)具有低成本、多功能和安全儲(chǔ)氫的優(yōu)點(diǎn)。

由于水的光解作用而停滯不前的制氫發(fā)展

早在20世紀(jì)70年代，就有人提出了一個(gè)看似完美的氫能工業(yè)可持續(xù)發(fā)展計(jì)劃。在取之不盡的陽光的驅(qū)使下，水被分解成氫和氧。

“氫的生成取決于光生電子和空穴向氧化或還原位點(diǎn)的遷移，因此它們之間的距離必須小于電子的平均自由路徑，即10-50nm。如此短的距離不僅導(dǎo)致不可避免的反反應(yīng)發(fā)生，而且增加了r進(jìn)行分離和收集?；?ldquo;另一方面，中國科技大學(xué)的相關(guān)研究人員認(rèn)為，氫的安全儲(chǔ)存是一個(gè)長期的挑戰(zhàn)。氫和氧的混合物具有極強(qiáng)的爆炸性和危險(xiǎn)性。通常高壓液化后的金屬氫儲(chǔ)存價(jià)格昂貴，使用起來不舒服。由于成本低廉的儲(chǔ)氫集氫和安全儲(chǔ)氫解決方案，太陽能水裂解制氫無法大規(guī)模有效應(yīng)用。

實(shí)現(xiàn)有效氫氣凈化的最新研究

研究人員受到了諾貝爾獎(jiǎng)獲得者、英國科學(xué)家安德烈·海姆爵士和中國科技大學(xué)吳恒安教授的研究工作的啟發(fā)：石墨烯可以分離所有氣體和液體，但它可以為質(zhì)子打開“一面”并大量釋放。Jiang Jun等人利用這個(gè)對質(zhì)子自然開放的“方便門”，設(shè)計(jì)了一個(gè)由二維碳氮材料和石墨烯材料組成的三明治結(jié)構(gòu)。

在這種三明治結(jié)構(gòu)體系中，碳氮材料被夾在兩層石墨烯中，由官能團(tuán)修飾。石墨烯僅為氫原子釋放，而水光解產(chǎn)生的氫不能穿透石墨烯材料，因此水光解生成的氫分子安全地保留在夾層復(fù)合體系中；同時(shí)，O2、OH和其他系統(tǒng)不能穿透復(fù)合系統(tǒng)，這抑制了反向反應(yīng)的發(fā)生，實(shí)現(xiàn)了高儲(chǔ)氫率下的安全儲(chǔ)氫。