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美國科技部(DST)周三表示，一個(gè)科學(xué)家團(tuán)隊(duì)首次開發(fā)出了一種利用陽光和水等可持續(xù)資源生產(chǎn)大量氫氣的反應(yīng)堆，這是一種成本效益高、可持續(xù)的過程。
該公司在一份聲明中表示，使用光催化劑(懸浮粉末)的大型原型反應(yīng)器的開發(fā)，以及這些反應(yīng)器在大規(guī)模氫生產(chǎn)中的成功應(yīng)用，正在進(jìn)行中。
印度總理納倫德拉·莫迪(Narendra Modi)在獨(dú)立日講話中宣布啟動(dòng)國家氫能任務(wù)，以加速利用可再生能源生產(chǎn)無碳燃料的計(jì)劃，并為印度設(shè)定了到2047年實(shí)現(xiàn)能源自給自足的目標(biāo)。印度已經(jīng)設(shè)定了到2030年可再生能源達(dá)到450吉瓦的目標(biāo)。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，研究人員正在努力尋找可持續(xù)的、碳足跡有限的可再生能源解決方案。
實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)最經(jīng)濟(jì)的方法之一是通過光催化水裂解大規(guī)模生產(chǎn)氫。這是對不斷增長的可再生能源需求的長期持久的解決方案，也是一種低成本的經(jīng)濟(jì)過程，從長遠(yuǎn)來看將有利于社會(huì)。
因此，科學(xué)家為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)作出重大努力是極其必要的，也是當(dāng)務(wù)之急。
在這個(gè)方向上，Kamalakannan Kailasam博士和他的團(tuán)隊(duì)，包括來自納米科學(xué)技術(shù)研究所(INST)的Ashok K Ganguli教授、Vivek Bagchi博士、Sanyasinaidu Boddu博士、Prakash P N博士和Menaka Jha博士，Mohali已經(jīng)開發(fā)了一個(gè)原型反應(yīng)堆，在自然陽光下運(yùn)行，可以更大規(guī)模地生產(chǎn)氫氣(8小時(shí)大約6.1升)。
他們使用了一種地球上豐富的化學(xué)物質(zhì)——碳氮化合物作為催化劑。許多研究人員使用復(fù)合金屬氧化物、氮化物或硫化物等非均相體系進(jìn)行了多次嘗試，但大量復(fù)制氫是非常困難的。
該研究所的團(tuán)隊(duì)在碳氮化物中使用了低成本的有機(jī)半導(dǎo)體，這種半導(dǎo)體可以用更便宜的前體如尿素和三聚氰胺輕松地在一公斤量級上制備。當(dāng)陽光照射到這種半導(dǎo)體上時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生電子和空穴。
電子減少質(zhì)子產(chǎn)生氫，空穴被一些稱為犧牲劑的化學(xué)藥劑所消耗。如果空穴沒有被消耗掉，它們就會(huì)與電子重新結(jié)合。這項(xiàng)工作得到了DST Nano Mission NATDP項(xiàng)目的支持，相關(guān)文章最近發(fā)表在《清潔生產(chǎn)雜志》上。該團(tuán)隊(duì)正在為這項(xiàng)技術(shù)申請專利。該研究所的研究小組已經(jīng)在光催化水分解產(chǎn)生氫這一領(lǐng)域工作了很長時(shí)間。
“能源危機(jī)和不斷威脅的氣候危機(jī)敦促我們研究這種通過光催化分解水來生產(chǎn)氫的有前途的方法。碳氮化物中含有不同有機(jī)基團(tuán)的穩(wěn)定性和化學(xué)靈活性促使我們研究這些具有成本效益的有機(jī)半導(dǎo)體材料，以實(shí)現(xiàn)可持續(xù)的氫生產(chǎn)。”Kamalakannan博士說。
INST團(tuán)隊(duì)從實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的過程開始，通過一個(gè)大型原型反應(yīng)器開發(fā)光催化劑和生產(chǎn)氫氣。該團(tuán)隊(duì)正在優(yōu)化有效日照時(shí)間下的氫氣生產(chǎn)，除了氫氣的純度，水分陷阱和氣體分離膜，以便與燃料電池連接。
以這種方式產(chǎn)生的氫可以用于多種形式，比如在偏遠(yuǎn)部落地區(qū)通過燃料電池發(fā)電、氫爐和為小型設(shè)備供電，等等。最終，它們可以為變壓器和電動(dòng)汽車供電，這是長期研究的目標(biāo)，目前正在進(jìn)行中。
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