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新材料从水中提取可再生能源
中国科学报 鲁亦 / 时间:2021-03-25 23:31:08

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立方碳化硅在水中   图片来源:Thor Balkhed/LiU

科学网3月24日讯:只借助阳光就从水中“取出”氢气?瑞典林雪平大学研究人员开发出一种新材料——纳米多孔立方碳化硅(3C-SiC),它可以捕获太阳能,并将水分解以生产氢气。相关论文近日刊登于《美国化学学会—纳米》。

该研究负责人、林雪平大学物理、化学和生物系高级讲师孙建武(音译)说:“人们需要新的可持续能源系统应对全球能源和环境挑战,如二氧化碳排放增加和气候变化。”

氢的能量密度是汽油的3倍,当氢气被用来产生能量时,唯一产物是纯水。然而,每产生1吨氢气,就会排放9~12吨二氧化碳。因此,利用太阳能分解水分子产生氢气是一种可持续的方法,而且不会导致二氧化碳排放。这种方法的一个主要优点是能将太阳能转化为可储存的燃料。

“传统的太阳能电池在白天产生能量,但这些能量必须马上使用,或者储存在电池中。氢是一种很有前途的能源,它可以像汽油和柴油等传统燃料一样储存和运输。”孙建武说。

为此,研究人员需要找到一种经济高效的材料,可以通过光电解将水分解成氢和氧。阳光中可以用来分解水的能量主要以紫外线和可见光的形式存在,因此,需要一种能够有效吸取这种辐射从而产生电荷的材料。

该研究小组开发了3C-SiC。这种碳化硅有许多非常小的孔。研究人员称这种材料为纳米孔3C-SiC,它有很好的性能,可以利用阳光从水中产生氢气。实验显示,这种新型多孔材料可以有效地捕捉和收集紫外线和大部分可见光。而且,多孔结构促进了具有所需能量电荷的分离,而小孔隙则提供了较大的活性表面积,增强了电荷转移,增加了反应位点的数量,从而进一步提高了水分解效率。

“大家已经证明纳米多孔3C-SiC具有更高的电荷分离效率,这使得水分解氢效率比使用平面碳化硅好得多。”孙建武说。


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