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首個光解水制氫儲氫一體化體系“科大造”
發布時間:2017/8/29      瀏覽次數:2002

  記者7月14日從中科大獲悉,該校羅毅、江俊教授與趙瑾教授等合作,設計出全球首個光解水制氫儲氫一體化的材料體系,該體系具有低成本、通用性、安全儲氫等優點,有助于實現太陽能光解水制氫的大規模應用。這項成果最近發表在《自然·通訊》雜志上。

  氫氣是一種清潔能源,光解水制氫主要利用太陽光把水分解為氫氣和氧氣。然而,由于光解水制氫過程中逆反應嚴重,氫氣難以分離收集和安全存儲,導致這一技術長期停滯不前。

  為了解決這一難題,江俊等從諾貝爾獎獲得者安德烈·海姆和中科大教授吳恒安等關于石墨烯的研究成果中獲得啟發:石墨烯能夠隔絕氣體和液體,卻能讓質子通過。他們設計了二維碳氮材料與石墨烯材料復合的三明治結構,將碳氮材料夾在兩層石墨烯中。該材料可吸收紫外光和可見光,利用光能產生激子,光生激子分離形成正負電荷并分別分布于外層石墨烯和碳氮“夾心”層。

  石墨烯表面的水分子在正電荷的幫助下分解,產生質子。這些質子可穿透石墨烯,遇到電子后反應產生氫氣。由于只有質子能夠通過石墨烯,而產生的氫氣不能穿透石墨烯,光解水產生的氫氣分子被安全地保留在三明治復合體系內。同時氧原子、氧氣、羥基等物質無法進入復合體系,從而抑制了氧與氫重新變為水的逆反應發生,實現了高儲氫率下的安全儲氫。 江俊介紹,不僅是石墨烯和碳氮材料,其他如富勒烯、碳納米管等和光催化劑也可用于這一復合體系中。這為實現太陽能裂解水轉換為氫能創造了可能,并進而有助于氫能的大規模應用。

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