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多年來(lái)，接近地球的科學(xué)家們一直在尋找利用太陽(yáng)能做出關(guān)鍵反應(yīng)的技術(shù)，以生產(chǎn)氫作為清潔能源——將水分子分解為氫和氧類(lèi)型。話雖如此，這些努力大部分都失敗了，因?yàn)榘阉龅煤芎锰嘿F了，而努力以小的價(jià)格標(biāo)簽做它導(dǎo)致非常差的總體表現(xiàn)。
現(xiàn)在，來(lái)自德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校的科學(xué)家們已經(jīng)找到了一種低價(jià)值的方法，可以解決50%的問(wèn)題，即利用日光從飲用水中分離氧分子。最近在《Mother nature Communications》雜志上披露的這個(gè)定位，標(biāo)志著在更大程度上采用氫作為我們電力基礎(chǔ)設(shè)施的關(guān)鍵組成部分方面邁出了一步。
早在20世紀(jì)70年代，科學(xué)家們就在研究利用光伏打電來(lái)產(chǎn)生氫的可能性。但是，由于缺乏發(fā)現(xiàn)資源的能力，而這些資源的混合特性是一種能夠有效地進(jìn)行關(guān)鍵化學(xué)反應(yīng)的裝置所必需的，這使得它未能成為一種主流方法。
科克雷爾學(xué)院電子與筆記本電腦或計(jì)算機(jī)工程系的 Edward Yu教授說(shuō):“你需要的材料在吸收日光的同時(shí)，即使水分裂反應(yīng)發(fā)生，也不會(huì)降解?！薄笆聦?shí)證明，在水分解反應(yīng)所需的問(wèn)題下，那些非常善于吸收日光的材料往往不穩(wěn)定，而安全的材料很可能吸收日光的能力很差?！边@些相互沖突的規(guī)格使你走向一個(gè)看似不可避免的權(quán)衡，但通過(guò)將眾多資源結(jié)合到一個(gè)單獨(dú)的單元中，這種沖突可以解決。一個(gè)資源可以成功地吸收陽(yáng)光，比如硅，另一個(gè)資源可以提供奇妙的平衡，比如二氧化硅?！?/span>
盡管如此，這導(dǎo)致了另一個(gè)問(wèn)題-在硅中吸收陽(yáng)光產(chǎn)生的電子和空穴需要能夠輕松地穿過(guò)二氧化硅層。這通常需要二氧化硅層不超過(guò)幾個(gè)納米，這降低了其防止硅吸收劑降解的效率。
這一突破的關(guān)鍵是通過(guò)一層厚厚的二氧化硅層產(chǎn)生導(dǎo)電路徑，這種方法可以以更低的價(jià)格實(shí)現(xiàn)，并擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，Yu和他的團(tuán)隊(duì)采用了一種最初應(yīng)用于半導(dǎo)體數(shù)字芯片制造的方法。通過(guò)在二氧化硅層上涂上一層鋁薄膜，然后對(duì)整個(gè)成分進(jìn)行加熱，形成了納米級(jí)的鋁“尖峰”陣列，它們絕對(duì)是連接二氧化硅層的橋梁。這些物質(zhì)很容易被鎳或其他有助于催化水分裂反應(yīng)的資源所改變。
在陽(yáng)光照射下，該設(shè)備可以將水氧化為氧分子，同時(shí)在單獨(dú)的電極上產(chǎn)生氫，并在延長(zhǎng)的程序下表現(xiàn)出良好的平衡。主要是因?yàn)橛糜谏a(chǎn)這些小器件的技術(shù)經(jīng)常應(yīng)用于半導(dǎo)體電子產(chǎn)品的生產(chǎn)，它們確實(shí)應(yīng)該很容易大規(guī)模生產(chǎn)。工作人員已經(jīng)提交了一份臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)，以使這項(xiàng)技術(shù)商業(yè)化。
加強(qiáng)氫的生產(chǎn)方式對(duì)它成為一種可行的燃料來(lái)源至關(guān)重要?，F(xiàn)在大多數(shù)制氫都是通過(guò)加熱蒸汽和甲烷來(lái)實(shí)現(xiàn)的，但這在很大程度上依賴于化石燃料，并產(chǎn)生碳排放。
有一種“環(huán)保氫”的推動(dòng)，通過(guò)使用更環(huán)保的方法來(lái)制造氫。而簡(jiǎn)化飲水分解反應(yīng)是這項(xiàng)工作的重要組成部分。
氫有可能成長(zhǎng)為一種重要的可再生資源，具有某種特性。目前，它在重要的工業(yè)程序中占有重要地位，并開(kāi)始在汽車(chē)業(yè)務(wù)中嶄露頭角。燃料移動(dòng)電池在長(zhǎng)途運(yùn)輸中似乎很有前途，而氫技術(shù)可能會(huì)成為強(qiáng)度存儲(chǔ)的福音，在疾病成熟時(shí)開(kāi)發(fā)出存儲(chǔ)額外風(fēng)和光伏打電力的方法。
很有可能，研究小組將通過(guò)增加反應(yīng)量來(lái)提高飲用水中氧氣分解的有效性。研究人員未來(lái)的重要挑戰(zhàn)是研究等式的另一半。
“我們一開(kāi)始就能解決反應(yīng)的氧面問(wèn)題，這是額外的困難部分，”Yu聲稱(chēng)，“但你需要進(jìn)行每一個(gè)氫和氧演化反應(yīng)，以完全分解水分子，所以，這就是為什么我們的下一步行動(dòng)是實(shí)施這些想法，為氫氣部分做出反應(yīng)?！?/span>
這項(xiàng)研究由美國(guó)全國(guó)科學(xué)基金會(huì)通過(guò)工程理事會(huì)和元件研究科學(xué)與工程中心(MRSEC)系統(tǒng)資助。Yu和中國(guó)復(fù)旦大學(xué)教授Li Ji、 UT Austin的兩名學(xué)生一起研究。
來(lái)源：
《Making clean hydrogen is hard, but researchers just solved a major hurdle》——Dr Whitfield
