隨著全球各國積極推進(jìn)交通脫碳進(jìn)程，氫氣在電池應(yīng)用受限的領(lǐng)域成為關(guān)鍵競(jìng)爭(zhēng)者。尤其在重型車輛、長途卡車、船舶和飛機(jī)等交通工具上，氫能展現(xiàn)出巨大潛力。
▲該材料捕獲陽光并利用其能量通過水分解產(chǎn)生氫氣。林雪平大學(xué)/Olov Planthaber
瑞典林雪平大學(xué)(LiU)副教授孫建武指出，乘用車可配備電池，但重型卡車、輪船或飛機(jī)難以用電池儲(chǔ)存能量，對(duì)于這些交通工具，需要尋找清潔可再生能源，氫能便是良好選擇。
孫建武及其團(tuán)隊(duì)正致力于開發(fā)一種僅利用陽光就能從水中生產(chǎn)氫氣的材料，這種“綠色”氫氣有望為運(yùn)輸部門提供動(dòng)力，彌補(bǔ)電池系統(tǒng)在這些領(lǐng)域的不足。
林雪平大學(xué)團(tuán)隊(duì)的最新研究引入了一種新材料，可大幅提高太陽能制氫產(chǎn)量。研究人員構(gòu)建了層狀結(jié)構(gòu)，結(jié)合立方碳化硅、氧化鈷和一層氫氧化鎳催化劑層。孫教授表示，研究目標(biāo)是分析每一層的作用，“這是一個(gè)非常復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，所以研究重點(diǎn)是了解每一層的功能，以及它們?nèi)绾螏椭纳撇牧闲阅堋薄?/p>
▲用于生產(chǎn)氫燃料的三層太陽能材料的特寫，其中一滴水突出了其反應(yīng)表面。圖片來源：林雪平大學(xué)/Olov Planthaber
當(dāng)這種材料暴露在陽光下時(shí)，會(huì)產(chǎn)生電荷，將水分解成氫和氧。不過，這類系統(tǒng)面臨的主要障礙是電荷復(fù)合，即正負(fù)電荷在觸發(fā)反應(yīng)前相互抵消。而該團(tuán)隊(duì)通過整合三層結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了更好的電荷分離，研究團(tuán)隊(duì)報(bào)告稱，與單獨(dú)使用3C-SiC相比，其性能提高了八倍。
目前，市場(chǎng)上幾乎所有的氫氣都是使用化石燃料生產(chǎn)的“灰氫”，每噸“灰氫”最多可排放10噸二氧化碳，這削弱了其作為清潔燃料的地位。相比之下，“綠色”氫能利用可再生電力進(jìn)行水分解，但即使這種方法，也常依賴陽光直射以外的能源。孫建武團(tuán)隊(duì)旨在減少這種依賴，僅使用太陽能驅(qū)動(dòng)反應(yīng)，以降低成本并消除反應(yīng)過程中的碳排放。
盡管前景光明，但該技術(shù)尚未實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。目前大多數(shù)用于太陽能水分解的材料效率僅為1-3%，而要使“綠色”氫能規(guī)�；�，材料效率必須達(dá)到至少10%。孫建武相信這一目標(biāo)可以實(shí)現(xiàn)，他表示研究團(tuán)隊(duì)可能需要大約5到10年的時(shí)間才能開發(fā)出達(dá)到這一效率的材料。
達(dá)到這一基準(zhǔn)將標(biāo)志著氫能經(jīng)濟(jì)的一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，使低成本、無碳?xì)淠艿囊?guī)模足以支持工業(yè)用途和運(yùn)輸。若成功，孫教授團(tuán)隊(duì)開發(fā)的這種層狀材料將成為未來幾十年清潔燃料基礎(chǔ)設(shè)施的基石。該研究結(jié)果已發(fā)表在《美國化學(xué)會(huì)志》上。
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