蓋世汽車訊 幾十年來，為生產(chǎn)出清潔能源氫氣，全球的研究人員一直在尋找利用太陽能發(fā)生關(guān)鍵反應(yīng)的方法，即將水分子分解為氫和氧，然而大多以失敗告終，因為成功的方法往往成本太高，降低成本后又性能不佳。據(jù)外媒報道，德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校（The University of Texas at Austin）的研究人員找到了一種低成本方法，即利用陽光有效地從水中分離氧分子。該方法可解決此化學(xué)反應(yīng)方程式的一半，且相關(guān)研究已發(fā)表于期刊《Nature Communications》。

（圖片來源：德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校）

早在20世紀(jì)70年代，研究人員就在研究利用太陽能產(chǎn)生氫氣的可能性。但是，由于無法找到具有能夠有效執(zhí)行關(guān)鍵化學(xué)反應(yīng)的設(shè)備，以及其所需的綜合材料，該方法始終無法成為主流方法。

科克雷爾學(xué)院電氣與計算機工程系（Cockrell School's Department of Electrical and Computer Engineering）教授Edward Yu表示：“試驗成功需要能夠很好地吸收陽光，同時在發(fā)生水分解反應(yīng)時不會降解的材料。事實證明，在水分解反應(yīng)所需的條件下，善于吸收陽光的材料往往不穩(wěn)定，而穩(wěn)定的材料往往對陽光的吸收能力又較差。這些要求相互矛盾，因此研究人員必須做出權(quán)衡。但通過將多種材料，即硅等有效吸收陽光的材料和二氧化硅等提供良好穩(wěn)定性的材料結(jié)合到一個設(shè)備中，就可以很好地解決上述問題?！?/p>

然而，這也帶來了另一個挑戰(zhàn)，即在硅中吸收陽光所產(chǎn)生的電子和空穴必須能夠輕松地穿過二氧化硅層。這通常要求二氧化硅層的厚度僅為幾納米，但這同時又會降低其保護(hù)硅吸收劑免于降解的有效性。

取得突破的關(guān)鍵在于采用一種通過厚二氧化硅層創(chuàng)建導(dǎo)電路徑的方法，從而可以降低成本，并實現(xiàn)大批量生產(chǎn)。為了實現(xiàn)這一目標(biāo)，Yu及其團(tuán)隊首先使用了一種用于制造半導(dǎo)體電子芯片的技術(shù)。通過用鋁薄膜涂覆二氧化硅層，然后加熱整個結(jié)構(gòu)，形成完全橋接二氧化硅層的納米級鋁“尖峰”陣列。之后，這些材料還可以輕易被鎳或其他有助于催化水分解反應(yīng)的材料所替代。

當(dāng)受到陽光照射時，這些器件可以有效地氧化水從而形成氧分子，同時還會在單獨的電極上產(chǎn)生氫氣，并在長時間運行情況下表現(xiàn)出出色的穩(wěn)定性。由于制造這些設(shè)備所采用的技術(shù)是通常用于半導(dǎo)體電子產(chǎn)品制造的技術(shù)，因此會易于擴(kuò)展以進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)。

目前，該團(tuán)隊已提交臨時專利申請，以將該技術(shù)商業(yè)化。改善氫氣的生成方式是使其成為可行燃料來源的關(guān)鍵。當(dāng)前大多數(shù)氫氣生產(chǎn)是通過加熱蒸汽和甲烷發(fā)生的，但這在很大程度上依賴于化石燃料并會產(chǎn)生碳排放。

（圖片來源：德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校）

隨著不斷推動“綠色氫”的發(fā)展，即使用更環(huán)保的方法生成氫氣，簡化水解反應(yīng)非常關(guān)鍵。氫氣品質(zhì)獨特，有潛力成為重要的可再生資源。目前，氫氣已在重要工業(yè)過程中發(fā)揮了關(guān)鍵作用，并已開始應(yīng)用于汽車行業(yè)。對于長途卡車運輸而言，燃料電池電池非常具有前景，而氫氣技術(shù)可能更利于儲能，能夠在條件成熟時儲存多余的風(fēng)能和太陽能。

展望未來，該團(tuán)隊將努力通過提高反應(yīng)速率來提高水分解中氧氣部分的效率。目前，研究人員的下一個主要挑戰(zhàn)將轉(zhuǎn)移到反應(yīng)方程式的另一半。Yu稱：“我們將首先解決反應(yīng)的氧側(cè)問題，這一部分更具挑戰(zhàn)。但是你需要同時進(jìn)行析氫和析氧反應(yīng)以完全分裂水分子，因此我們下一步將應(yīng)用這些想法來制造反應(yīng)氫部分的裝置?！?/p>

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