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水變氫氣作能源 能否成功？
2017-7-13 15:42:42
水，化學分子式H2O，氫和氧的結合。從水中分離氫並非難事。然而，氫氣的收集和儲存一直是個技術難點，抑製了光解水製氫的實際應用。日前，中國科大的學者們破解了這一難題，該校微尺度物質科學國家實驗室江俊教授、趙瑾教授合作，利用第一性原理計算，提出了首個光解水製氫儲氫一體化的材料體係設計，該方案具有低成本、通用性、安全儲氫的優點。
光解水製氫發展一度停滯
早在20世紀70年代，就有人提出了一個氫能經濟這一看似完美的可持續方案。以用之不竭的太陽光驅動，把水分解為氫氣和氧氣。
“氫氣的產生，依賴於光生電子和空穴分別遷移到氧化和還原位點，使得二者間距必須小於電子的平均自由程，也就是10—50nm。如此短的間距不僅導致逆反應的發生無法避免，也增加了分離和收集氫氣的困難。”中科大相關研究人員介紹說，另一方麵，氫氣的安全存儲是一項長期的挑戰。氫氣與氧氣混合極易爆炸，十分危險。而常用的高壓液化後金屬儲氫成本高，使用不便。因此，在開發出低成本收集氫氣和安全儲氫的解決方案之前，太陽能光解水製氫無法得以有效的大規模應用。
最新研究實現氫氣有效提純
研究人員從諾貝爾獎獲得者、英國科學家安德烈·海姆爵士和中國科學技術大學吳恒安教授的研究工作得到啟發：石墨烯能夠隔絕所有氣體和液體，卻對質子能夠“網開一麵”，大方放行。利用這一大自然給質子開的“方便之門”，江俊等設計了一種二維碳氮材料與石墨烯基材料複合的三明治結構。
在這次的三明治結構體係中，碳氮材料夾在兩層官能團修飾的石墨烯中。在過程中，石墨烯僅僅為氫原子放行，而光解水產生的氫氣不能穿透石墨烯材料，導致光解水產生的氫氣分子將被安全地保留在三明治複合體係內；同時O2，OH等體係也無法進入複合體係，抑製了逆反應的發生，實現了高儲氫率下的安全儲氫。
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