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多年來，接近地球的科學(xué)家們一直在尋找利用太陽能做出關(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(dǎo)致非常差的總體表現(xiàn)。
現(xiàn)在，來自德克薩斯大學(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(chǔ)設(shè)施的關(guān)鍵組成部分方面邁出了一步。
早在20世紀70年代，科學(xué)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(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(yīng)發(fā)生，也不會降解?！薄笆聦嵶C明，在水分解反應(yīng)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(quán)衡，但通過將眾多資源結(jié)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。”
盡管如此，這導(dǎo)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(guān)鍵是通過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(yīng)用于半導(dǎo)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(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。
在陽光照射下，該設(shè)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(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)提交了一份臨時專利申請，以使這項技術(shù)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(guān)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(yīng)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(wù)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(shù)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(fēng)和光伏打電力的方法。
很有可能，研究小組將通過增加反應(yīng)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(yīng)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(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是實施這些想法，為氫氣部分做出反應(yīng)。”
這項研究由美國全國科學(xué)基金會通過工程理事會和元件研究科學(xué)與工程中心(MRSEC)系統(tǒng)資助。Yu和中國復(fù)旦大學(xué)教授Li Ji、 UT Austin的兩名學(xué)生一起研究。
來源：
《Making clean hydrogen is hard, but researchers just solved a major hurdle》——Dr Whitfield
