接近100%的光解水催化劑氫能源替代石油,能源革命開始了

地底下的石油是一次性消耗品,什麼能夠取代石油,成為人類下一代更廉價、更環保的能量來源?這是將會決定未來社會執行邏輯的重要問題。但有一項研究的突破,讓氫能源的普遍利用的可能走向歷史舞臺!

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石油能源

在5月27號,日本東京大學有一項完美到幾乎令人驚訝的研究成果。研究人員發現了一種神奇的催化劑,在這種催化劑的作用下,用光來分解水,產生氫氣和氧氣的效率可以達到幾乎100%。

氫氣,是下一代能源的重要候選人之一。以往類似的讓光分解水產生氫氣的研究,反應效率通常都在10%以下。這一次直接把效率提高到了理論上的最大值,也就是接近100%。

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氫能源

氫能源的好處主要有三點,首先,氫能源是一種能量密度更高的燃料。能量密度越高的燃料,在工業上往往就越划算、第二點好處,是使用起來非常靈活,而且效率很高、第三點很重要,那就是氫能源可能是已知最環保的能源之一。它的燃燒產物就是水,真正實現了所謂零碳排放。

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氫能源環保

氫能源的發展一直比較緩慢,其中重要的原因之一,就是氫的製備一直是個問題。在氫製備的過程中,轉化效率太低,或者產生了大量碳排放,不如直接燒石油來得划算。在在諸多製備氫能源的工藝裡面,被寄予很高期望的是透過光的照射,利用催化劑的中間作用,把水分解成氫氣和氧氣。因為陽光和水不僅在地球上隨處可見,而且光解水的制氫方式,整個過程非常清潔,對環境影響很小。但這種方法,在過去最重要的缺點就是效率太低,通常低於10%。

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水分解

東京大學的研究人員,發現這種經過最佳化之後的催化劑,在波長350nm和360nm的兩個紫外線波段照射下,把接近96%的光能都轉化成了水分解後氫氣和氧氣中蘊含的能量。而且實驗中難免會有一些誤差和損耗,這個96%的效率已經說明這種催化劑的轉化率很可能接近了理論上的最大值,也就是100%了。這讓透過太陽光分解水來產生氫能源的思路,看到了新的希望。

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產生氫氣

但是,這種催化劑距離實際的應用還有一個重要的缺陷,那就是它只在紫外光的範圍內,才有接近完美的催化效率。在波長400nm以上的可見光範圍內,它的轉化效率又迅速下降到了大概10%。而地球由於臭氧層的保護,太陽光紫外線的大部分都被擋在外太空了。所以這個催化劑直接投入工業使用還存在一些問題。

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水分解

這一次東京大學的突破,第一次為接近完美的光解水反應提供了實驗證據。未來沿著類似的思路,某一天還真有可能會發現,在可見光波段也有高效製備氫氣的催化劑。

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氫能源革命

人類歷史上每一次的能源革命,往往也伴隨著巨大的改變。氫能源值得我們關注!

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