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【新闻】研究人员设计出首个光解水制氢储氢一体化系统飞镖

飞镖    
2020年10月14日

中国科学技术大学教授罗毅、江俊与赵瑾等合作,利用第一性原理计算,设计出首个光解水制氢储氢一体化的材料体系,该体系具有低成本、通用性、安全储氢的优点,有助于实现太阳能光解水制氢的大规模应用。该成果最近发表在《自然—通讯》杂志上。

长期以来光解水制氢技术的发展停滞不前,主要原因是光解水制氢过程中逆反应严重,氢气难以分离和收集、难以安全存储、存储成本高等。

科研人员利用石墨烯隔绝气体和液体,却能让质子通过的特性,设计了二维碳氮材料与石墨烯材料复合的三明治结构,将碳氮材料夹在两层石墨烯中。该材料可吸收紫外光和可见光,利用光能产生激子,光生激子分离形成正负电荷并分别分布于外层石墨烯和碳氮“夹心”层。石墨烯表面的水分子在正电荷的帮助下发生分解,产生质子。这些质子可穿透石墨烯材料,运动到内部的二维碳氮材料上,并且遇到电子后反应产生氢气。该体系抑制了氧与氢重新变为水的逆反应发生,实现了高储氢率下的安全储氢。

江俊介绍说,这一复合材料体系以较低的成本,巧妙地抑制了光解水制氢的逆反应,实现了氢气的有效提纯。不仅仅局限于石墨烯和碳氮材料,其他如富勒烯、碳纳米管等和光催化剂也可以用于这一复合体系中。这为实现太阳能裂解水转换为氢能创造了可能,并进而有助于氢能的大规模应用。

编辑点评

长期以来,由于光解水制氢过程中逆反严重,氢气难以分离和收集、难以安全存储、存储成本高,该技术的发展一直停滞不前。此次,科研人员设计出首个光解水制氢储氢一体化系统,以较低的成本,巧妙地抑制了光解水制氢的逆反应,实现了氢气的有效提纯,这将大大推进光解水制氢技术的发展,为实现太阳能裂解水转换为氢能创造了可能。

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