氢燃料将能在能源清洁使用!

氢燃料的生产是发展可持续能源实践的主要目标,但是该过程尚无可行的技术。由东京科学大学的日本科学家团队在Kensumichi Katsumata教授的带领下,发现了一种利用锈和光加速有机废物溶液制氢的新技术,这一发现可以彻底改变清洁能源行业。

在当今关于气候变化,污染和资源日益减少的叙述中,一种燃料可能会改变能源行业的竞争格局:氢。当在内燃机或发电厂中燃烧时,氢燃料仅产生水,使其比我们目前的化石燃料更加清洁。

由于没有有毒气体的产生,对气候变化的贡献,也没有烟雾,氢可能是清洁能源未来的答案,那么为什么它没有得到更广泛的使用?

两个原因

首先,氢气极易燃烧,并且很容易从储罐泄漏,在存储和运输过程中可能引起爆炸危险。其次,尽管纯氢自然存在于地球上,但其数量不足以实现具有成本效益的利用。

氢原子必须从甲烷或水等分子中提取,这需要大量能量。尽管存在几种生产氢燃料的技术,但科学家们尚未使这一过程“足够有效”,以使氢成为能源市场上具有商业竞争力的燃料。

在此之前,化石燃料可能将继续主导该行业。数十年来,科学家一直在努力寻求一种廉价,有效和安全的方式来生产氢燃料。

实现这一目标的最有前途的方法之一是通过太阳能驱动的过程,使用光来加速(或“催化”)将水分子分解为氧气和氢气的反应。

1970年代,两位科学家描述了本田-藤岛效应,该效应使用二氧化钛作为制氢的光催化剂。在这项研究的基础上,由东京理科大学的Ken-ichi Katsumata教授领导的日本研究人员团队试图使用一种更便宜。

更容易获得的半导体催化剂来进行该反应,以期进一步提高其效率,从而降低反应效率。氢燃料的生产成本和安全性。

他们的研究发表在《化学:欧洲杂志》上这表明,通过使用一种称为α-FeO​​OH的锈蚀形式,在相同的光下,Hg-Xe灯照射下的产氢量可以比二氧化钛催化剂高25倍。

Katsumata教授及其同事进行的实验旨在解决在太阳能驱动的氢气生产中使用半导体催化剂遇到的常见挑战。作者描述了三个主要障碍。首先是需要催化剂材料适合使用光能。

第二个是当前使用的大多数光催化剂需要稀有或“贵金属”作为助催化剂,它们昂贵且难以获得。最后一个问题来自实际生产氢气和氧气。

如果不立即分离,则这两种气体的混合物最多只能减少氢燃料的输出,最坏的话会引起爆炸。因此,他们旨在寻找一种不仅可以提高反应效率的解决方案,

研究小组在α-FeO​​OH(或铁锈)中鉴定出一种很有前途的候选催化剂,并进行了一项实验,以评估其生产氢气的效率以及激活该催化剂的最佳实验条件。

Katsumata教授说:“使用这种催化剂产生氢,我们真的感到很惊讶,因为不知道大多数氧化铁都能还原成氢。随后,我们寻找活化α-FeO​​OH的条件,发现了氧是不可缺少的因素。

这是第二个惊喜,因为许多研究表明,氧通过捕获激发的电子来抑制氢的产生。” 该小组使用“气相色谱-质谱-质谱”方法确认了水-甲醇溶液中氢气的产生机理,

需要更多的研究来优化此过程。Katsumata教授详细阐述:“氧在激活光诱导的α-FeO​​OH中的特定功能尚未公开。因此,探索该机理是下一个挑战。”

目前,Katsumata和他的同事的这些发现代表了清洁,零排放能源生产的新进展,这对于未来的可持续社会至关重要!

文章来源:ScienceDaily

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