水能轉(zhuǎn)化為氫作為能源嗎？
文章出處：責(zé)任編輯：人氣：-發(fā)表時(shí)間：2023-06-05 11:10:18【大
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水能轉(zhuǎn)化為氫作為能源嗎？
水，化學(xué)式為H2O，由氫和氧組成。從水中分離氫氣并不困難。然而，氫氣的收集和儲(chǔ)存一直是一個(gè)技術(shù)
挑戰(zhàn)，阻礙了通過水的光解生產(chǎn)氫氣的實(shí)際應(yīng)用。最近，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)的研究人員解決了這個(gè)問題，他們提出了第一個(gè)利用第一原理計(jì)算通過水的光解進(jìn)行儲(chǔ)氫的集成材料系統(tǒng)設(shè)計(jì)。該方案具有成本低、通用性強(qiáng)和安全儲(chǔ)氫的優(yōu)點(diǎn)。
通過水的光解生產(chǎn)氫氣的發(fā)展已經(jīng)停滯了一段時(shí)間
早在20世紀(jì)70年代，就有人提出了一個(gè)顯然完全可持續(xù)的氫經(jīng)濟(jì)解決方案。在取之不盡用之不竭的陽光的驅(qū)動(dòng)下，水分解成氫氣和氧氣。
氫的產(chǎn)生取決于光生電子和空穴向氧化和還原位點(diǎn)的遷移，因此兩者之間的距離應(yīng)小于電子的平均自由程，即10-50nm。如此短的距離不僅使反反應(yīng)的發(fā)生不可避免，而且增加了分離和收集氫氣的難度。中國科技大學(xué)的相關(guān)研究人員介紹，另一方面，氫氣的安全儲(chǔ)存是一個(gè)長期的挑戰(zhàn)。氫氣和氧氣混合具有極大的爆炸性和危險(xiǎn)性。常用的高壓液態(tài)金屬儲(chǔ)氫成本高，使用不方便。因此，太陽能光催化水分解制氫無法實(shí)現(xiàn)不能大規(guī)模有效地使用。
最新研究實(shí)現(xiàn)氫氣的高效純化
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)啟發(fā)了科學(xué)家：石墨烯可以隔離所有氣體和液體，但它可以“打開”質(zhì)子并慷慨釋放。利用這扇大自然為質(zhì)子打開的“便門”，蔣軍等人設(shè)計(jì)了一種由二維碳氮材料和石墨烯基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，碳氮材料是兩層官能團(tuán)改性石墨烯之間的三明治。在這個(gè)過程中，石墨烯只釋放給氫原子，而水的光解產(chǎn)生的氫不能滲透到石墨烯材料中，這導(dǎo)致水的光解生成的氫分子被安全地保存在夾層復(fù)合材料系統(tǒng)中；同時(shí)，O2和OH等體系不能進(jìn)入復(fù)合體系，這抑制了反反應(yīng)的發(fā)生，并在高儲(chǔ)氫率下實(shí)現(xiàn)了安全的儲(chǔ)氫。
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