12倍效率！科學(xué)家創(chuàng)造新型非金屬光催化劑用于綠色制氫

更新時(shí)間：2022-04-26

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韓國(guó)的研究人員已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一種利用陽(yáng)光來(lái)生產(chǎn)氫氣的方案。

　　這是一種新型的催化劑，它利用陽(yáng)光產(chǎn)生氫氣，同時(shí)不會(huì)產(chǎn)生溫室氣體排放。這種綠色的非金屬制氫光催化劑有潛力幫助克服與這種無(wú)排放燃料的清潔生產(chǎn)相關(guān)的一系列挑戰(zhàn)。即使使用可再生能源，如太陽(yáng)能和風(fēng)能，氫的生產(chǎn)存在某些碳排過(guò)程，這意味著它不是一個(gè)*清潔的過(guò)程，仍然會(huì)對(duì)環(huán)境造成影響。

　　傳統(tǒng)的光催化劑能夠吸收強(qiáng)光來(lái)觸發(fā)化學(xué)反應(yīng)。然而，問(wèn)題是，它們主要是由金屬材料制成的，這些材料可能會(huì)對(duì)環(huán)境造成破壞，無(wú)論是在獲取它們的過(guò)程中，還是在它們的使用壽命結(jié)束后的處理方式方面。研究人員發(fā)現(xiàn)了一種非金屬替代品，試圖克服這一挑戰(zhàn)。

　　有了非金屬光催化劑，綠色氫的生產(chǎn)可以朝著更清潔的方向邁出一步。根據(jù)韓國(guó)國(guó)立研究財(cái)團(tuán)(NRF)的聲明，仁荷大學(xué)(Inha University)的研究人員開(kāi)發(fā)了一種具有新型結(jié)構(gòu)的高性能非金屬氮化碳光催化劑。它可以利用陽(yáng)光將水分子分解為氧氣和氫氣。

　　鉑催化劑是由一種貴重金屬制成的，價(jià)格非常昂貴，新設(shè)計(jì)的光敏催化劑制造成本相當(dāng)?shù)土腋鶕?jù)NRF的說(shuō)法，它也是無(wú)毒的。

　　研究人員確定，通過(guò)在氮化碳光催化劑的生成過(guò)程中采用一種環(huán)境友好的策略，即添加水和水流，其結(jié)果是獲得了一種光催化效率比傳統(tǒng)金屬催化劑高約12倍的組件。此外，NRF在聲明中說(shuō)，還發(fā)現(xiàn)新設(shè)計(jì)比被認(rèn)為是當(dāng)前標(biāo)準(zhǔn)的傳統(tǒng)設(shè)備更穩(wěn)定、更耐用。

　　催化的基礎(chǔ)-氫和鉑-它是如何工作的？

　　基本上分子是由化學(xué)鍵結(jié)合在一起的，化學(xué)反應(yīng)通常就像打破一些鍵和其他原子形成一些鍵一樣簡(jiǎn)單。打破鍵需要能量，而成鍵則釋放能量。有些鍵比其他的更強(qiáng)，所以它們需要更多的能量才能斷裂，但它們?cè)诔涉I時(shí)釋放的能量和吸收的能量一樣多。例如，一個(gè)氫分子有兩個(gè)氫原子。需要少量的能量才能打破它們之間的化學(xué)鍵。

　　如果我們讓這些原子再次結(jié)合，那么同樣多的能量就會(huì)釋放出來(lái)，氫和氧形成水的反應(yīng)需要兩個(gè)氫分子和一個(gè)氧分子來(lái)啟動(dòng)反應(yīng)。氫和氧之間的化學(xué)鍵需要斷開(kāi)。這需要大量的能量，但使用催化劑將減少所需的能量。為什么？因?yàn)榇呋瘎?duì)某些反應(yīng)物有很高的親和力。

　　像鉑這樣的催化劑對(duì)氫有很高的親和力，所以它會(huì)自發(fā)地?cái)嚅_(kāi)化學(xué)鍵，氫就會(huì)粘在鉑上。

　　從維基百科上獲取的科學(xué)史…

　　1802年，漢弗萊·戴維(Humphry Davy)發(fā)現(xiàn)了鉑在催化中的應(yīng)用。在19世紀(jì)80年代，威廉·奧斯特瓦爾德(Wilhelm Ostwald)開(kāi)始了對(duì)酸和堿催化反應(yīng)的系統(tǒng)研究，發(fā)現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)以有限的速率發(fā)生，這些速率可以用來(lái)確定酸和堿的強(qiáng)度。為此，奧斯特瓦爾德獲得了1909年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。Vladimir Ipatieff完成了一些最早的工業(yè)規(guī)模反應(yīng)，包括低聚反應(yīng)的發(fā)現(xiàn)和商業(yè)化，以及氫催化劑的開(kāi)發(fā)。

　　（原文來(lái)自：氫燃料新聞全球氫能網(wǎng)、新能源網(wǎng)綜合）

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