鉅大LARGE | 點擊量：658次 | 2021年12月20日
研究人員找到低成本的水解氫催化材料 利用陽光水解制氫
幾十年來，世界各地的研究人員一直在尋找方法，利用太陽能來產(chǎn)生作為清潔能源的氫氣生產(chǎn)的關(guān)鍵反應--將水分子分裂成氫氣和氧氣。然而，這些努力大多都失敗了，因為做好它的成本太高，而試圖以低價做它又導致性能不佳。
現(xiàn)在，來自德克薩斯大學奧斯汀分校的研究人員已經(jīng)找到了一種低成本的方法來解決這個方程式的一半，利用陽光來有效地從水中分裂出氧分子。最近發(fā)表在《自然通訊》上的這一發(fā)現(xiàn)，代表著向更多地采用氫氣作為我們能源基礎(chǔ)設(shè)施的一個關(guān)鍵部分邁進了一步。
早在20世紀70年代，研究人員就在研究利用太陽能產(chǎn)生氫氣的可能性。但由于無法找到具有能夠有效進行關(guān)鍵化學反應的設(shè)備所需的綜合特性的材料，使其無法成為一種主流方法。
科克雷爾學院電氣和計算機工程系的教授愛德華-于說："你需要善于吸收陽光的材料，同時在發(fā)生分水反應時不會降解。事實證明，善于吸收陽光的材料在分水反應所需的條件下往往是不穩(wěn)定的，而穩(wěn)定的材料往往對陽光的吸收能力差。這些相互沖突的要求促使你做出看似不可避免的權(quán)衡，但通過將多種材料--一種能有效吸收陽光的材料，如硅，和另一種能提供良好穩(wěn)定性的材料，如二氧化硅--結(jié)合到一個裝置中，這種沖突可以得到解決。"
然而，這又產(chǎn)生了另一個挑戰(zhàn)--在硅中吸收陽光所產(chǎn)生的電子和空穴必須能夠輕易地穿過二氧化硅層。這通常要求二氧化硅層不超過幾納米，這降低了其保護硅吸收器不被降解的有效性。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
這一突破的關(guān)鍵是通過一種在厚厚的二氧化硅層中創(chuàng)造導電路徑的方法，這種方法可以在低成本下進行，并可擴展到大批量的生產(chǎn)。為了達到這個目的，Yu和他的團隊使用了一種首先部署在半導體電子芯片制造中的技術(shù)。通過在二氧化硅層上涂上一層鋁薄膜，然后加熱整個結(jié)構(gòu)，形成了完全彌合二氧化硅層的納米級鋁"尖峰"陣列。然后這些可以很容易地被鎳或其他有助于催化分水反應的材料所取代。
當被陽光照射時，這些裝置可以有效地氧化水形成氧分子，同時也在一個單獨的電極上產(chǎn)生氫氣，并在長時間的操作下表現(xiàn)出出色的穩(wěn)定性。由于制造這些裝置所采用的技術(shù)通常用于制造半導體電子產(chǎn)品，因此它們應該很容易擴展到大規(guī)模生產(chǎn)。
上圖顯示了光陽極裝置的基本幾何形狀和功能
該團隊已經(jīng)提交了一份臨時專利申請，以使該技術(shù)商業(yè)化。
改進氫氣的產(chǎn)生方式是其成為一種可行的燃料來源的關(guān)鍵。今天，大多數(shù)氫氣生產(chǎn)是通過加熱蒸汽和甲烷進行的，但這嚴重依賴化石燃料并產(chǎn)生碳排放。
有一種對"綠色氫氣"的推動，它使用更環(huán)保的方法來產(chǎn)生氫氣。而簡化水分離反應是這一努力的一個關(guān)鍵部分。
氫氣有可能成為一種重要的可再生資源，具有一些獨特的品質(zhì)。它已經(jīng)在重要的工業(yè)過程中發(fā)揮了重要作用，并開始在汽車工業(yè)中顯現(xiàn)出來。燃料電池在長途卡車運輸中看起來很有前途，而氫氣技術(shù)可能是能源儲存的一個福音，它能夠在條件成熟時儲存多余的風能和太陽能。
展望未來，該團隊將致力于通過提高反應速度來改善水分離的氧氣部分的效率。然后，研究人員的下一個主要挑戰(zhàn)是轉(zhuǎn)到方程式的另一半。
Yu說:"我們能夠首先解決反應的氧氣部分，這是更具挑戰(zhàn)性的部分，但是你需要同時進行氫氣和氧氣的進化反應來完全分裂水分子，所以這就是為什么我們的下一步是研究應用這些想法來制造反應的氫氣部分的裝置。"
