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    水变氢气作能源 能否成功?

    2017-7-13 15:42:42

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      水,化学分子式H2O,氢和氧的结合。从水中分离氢并非难事。然而,氢气的收集和储存一直是个技术难点,抑制了光解水制氢的实际应用。日前,中国科大的学者们破解了这一难题,该校微尺度物质科学国家实验室江俊教授、赵瑾教授合作,利用第一性原理计算,提出了首个光解水制氢储氢一体化的材料体系设计,该方案具有低成本、通用性、安全储氢的优点。
     光解水制氢发展一度停滞
     早在20世纪70年代,就有人提出了一个氢能经济这一看似完美的可持续方案。以用之不竭的太阳光驱动,把水分解为氢气和氧气。
     “氢气的产生,依赖于光生电子和空穴分别迁移到氧化和还原位点,使得二者间距必须小于电子的平均自由程,也就是10—50nm。如此短的间距不仅导致逆反应的发生无法避免,也增加了分离和收集氢气的困难。”中科大相关研究人员介绍说,另一方面,氢气的安全存储是一项长期的挑战。氢气与氧气混合极易爆炸,十分危险。而常用的高压液化后金属储氢成本高,使用不便。因此,在开发出低成本收集氢气和安全储氢的解决方案之前,太阳能光解水制氢无法得以有效的大规模应用。
      最新研究实现氢气有效提纯
      研究人员从诺贝尔奖获得者、英国科学家安德烈·海姆爵士和中国科学技术大学吴恒安教授的研究工作得到启发:石墨烯能够隔绝所有气体和液体,却对质子能够“网开一面”,大方放行。利用这一大自然给质子开的“方便之门”,江俊等设计了一种二维碳氮材料与石墨烯基材料复合的三明治结构。
     在这次的三明治结构体系中,碳氮材料夹在两层官能团修饰的石墨烯中。在过程中,石墨烯仅仅为氢原子放行,而光解水产生的氢气不能穿透石墨烯材料,导致光解水产生的氢气分子将被安全地保留在三明治复合体系内;同时O2,OH等体系也无法进入复合体系,抑制了逆反应的发生,实现了高储氢率下的安全储氢。
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