科學家研發新型材料3C-SiC 可高效的從水中提取氫能源

可再生能源的一個潛在能源就是在太陽光的幫助下,從水中分離出氫氣。來自瑞典林雪平大學的研究人員近日開發出了一種新材料–納米多孔立方碳化矽,它表現出捕捉太陽能和分割水以生產氫氣的良好特性。

科學家研發新型材料3C-SiC 可高效的從水中提取氫能源

林雪平大學物理、化學和生物系高級講師孫建武(Jianwu Sun,音譯)表示:「需要新的可持續能源系統來應對全球能源和環境挑戰,例如不斷增加的二氧化碳排放和氣候變化」。他領導的這項新研究已經發表在 ACS Nano 雜誌上。

氫氣的能量密度是汽油的三倍。它可以使用燃料電池發電,而且以氫氣為燃料的汽車已經在市場上銷售。當氫氣被用於生產能源時,形成的唯一產品是純水。而在生產氫氣的時候,會產生二氧化碳,因為今天最常用的技術在生產過程中依賴於化石燃料。因此,當生產 1 噸氫氣時,會排放 9-12 噸的二氧化碳。

藉助太陽能分裂水分子來生產氫氣是一種可持續的方法,可以利用可再生資源獲得氫氣,而不會導致二氧化碳排放。這種方法的一個主要優點是可以將太陽能轉化為可以儲存的燃料。

孫建武表示:「傳統的太陽能電池在白天產生能量,而這些能量必須立即使用,或者儲存在電池中。氫氣是一種有前途的能源,它可以像汽油和柴油等傳統燃料一樣被儲存和運輸」。

科學家研發新型材料3C-SiC 可高效的從水中提取氫能源

然而,利用陽光中的能量分裂水以產生氫氣並不是一件容易的事。要想成功,就必須找到具有成本效益的材料,這些材料具有正確的反應特性,在這個反應中,水(H2O)通過光解被分割成氫氣(H2)和氧氣(O2)。

太陽光中可用於分裂水的能量主要是以紫外線輻射和可見光的形式存在。因此,需要一種能夠有效吸收這種輻射的材料,以產生能夠分離的電荷,並有足夠的能量將水分子分裂成氫氣和氧氣氣體。

到目前為止,被研究的大多數材料要麼在利用可見光的能量方面效率低下(例如二氧化鈦,TiO2,只吸收紫外線),要麼不具備將水分裂為氫氣所需的特性(例如矽,Si)。

科研團隊研發出了新型材料 3C-SiC。科學家們已經生產出一種具有許多極小孔隙的立方碳化矽的形式。這種材料,他們稱之為納米多孔3C-SiC,具有很好的特性,表明它可以用來利用太陽光從水中生產氫氣。

研究人員在報告中表明,這種新的多孔材料可以有效地捕獲和收集紫外線和大部分可見光。此外,多孔結構促進了具有所需能量的電荷的分離,而小孔給予了較大的活性表面積。這增強了電荷轉移,增加了反應點的數量,從而進一步提高了水分離的效率。

來源:cnBeta