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多年來，接近地球的科學家們一直在尋找利用太陽能做出關鍵反應的技術，以生產(chǎn)氫作為清潔能源——將水分子分解為氫和氧類型。話雖如此，這些努力大部分都失敗了，因為把它做得很好太昂貴了，而努力以小的價格標簽做它導致非常差的總體表現(xiàn)。
現(xiàn)在，來自德克薩斯大學奧斯汀分校的科學家們已經(jīng)找到了一種低價值的方法，可以解決50%的問題，即利用日光從飲用水中分離氧分子。最近在《Mother nature Communications》雜志上披露的這個定位，標志著在更大程度上采用氫作為我們電力基礎設施的關鍵組成部分方面邁出了一步。
早在20世紀70年代，科學家們就在研究利用光伏打電來產(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行關鍵化學反應的裝置所必需的，這使得它未能成為一種主流方法。
科克雷爾學院電子與筆記本電腦或計算機工程系的 Edward Yu教授說:“你需要的材料在吸收日光的同時，即使水分裂反應發(fā)生，也不會降解?！薄笆聦嵶C明，在水分解反應所需的問題下，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)格使你走向一個看似不可避免的權衡，但通過將眾多資源結合到一個單獨的單元中，這種沖突可以解決。一個資源可以成功地吸收陽光，比如硅，另一個資源可以提供奇妙的平衡，比如二氧化硅?！?/span>
盡管如此，這導致了另一個問題-在硅中吸收陽光產(chǎn)生的電子和空穴需要能夠輕松地穿過二氧化硅層。這通常需要二氧化硅層不超過幾個納米，這降低了其防止硅吸收劑降解的效率。
這一突破的關鍵是通過一層厚厚的二氧化硅層產(chǎn)生導電路徑，這種方法可以以更低的價格實現(xiàn)，并擴大生產(chǎn)規(guī)模。為了實現(xiàn)這一目標，Yu和他的團隊采用了一種最初應用于半導體數(shù)字芯片制造的方法。通過在二氧化硅層上涂上一層鋁薄膜，然后對整個成分進行加熱，形成了納米級的鋁“尖峰”陣列，它們絕對是連接二氧化硅層的橋梁。這些物質很容易被鎳或其他有助于催化水分裂反應的資源所改變。
在陽光照射下，該設備可以將水氧化為氧分子，同時在單獨的電極上產(chǎn)生氫，并在延長的程序下表現(xiàn)出良好的平衡。主要是因為用于生產(chǎn)這些小器件的技術經(jīng)常應用于半導體電子產(chǎn)品的生產(chǎn)，它們確實應該很容易大規(guī)模生產(chǎn)。工作人員已經(jīng)提交了一份臨時專利申請，以使這項技術商業(yè)化。
加強氫的生產(chǎn)方式對它成為一種可行的燃料來源至關重要?，F(xiàn)在大多數(shù)制氫都是通過加熱蒸汽和甲烷來實現(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，通過使用更環(huán)保的方法來制造氫。而簡化飲水分解反應是這項工作的重要組成部分。
氫有可能成長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，并開始在汽車業(yè)務中嶄露頭角。燃料移動電池在長途運輸中似乎很有前途，而氫技術可能會成為強度存儲的福音，在疾病成熟時開發(fā)出存儲額外風和光伏打電力的方法。
很有可能，研究小組將通過增加反應量來提高飲用水中氧氣分解的有效性。研究人員未來的重要挑戰(zhàn)是研究等式的另一半。
“我們一開始就能解決反應的氧面問題，這是額外的困難部分，”Yu聲稱，“但你需要進行每一個氫和氧演化反應，以完全分解水分子，所以，這就是為什么我們的下一步行動是實施這些想法，為氫氣部分做出反應。”
這項研究由美國全國科學基金會通過工程理事會和元件研究科學與工程中心(MRSEC)系統(tǒng)資助。Yu和中國復旦大學教授Li Ji、 UT Austin的兩名學生一起研究。
來源：
《Making clean hydrogen is hard, but researchers just solved a major hurdle》——Dr Whitfield
