美開發(fā)出新型高效太陽能制氫技術(shù)

通過模仿一棵樹的能量轉(zhuǎn)換過程，美科學(xué)家日前開發(fā)出一種高效的太陽能制氫技術(shù)。該技術(shù)水解氫氣的效率比傳統(tǒng)技術(shù)高兩倍以上，且能十分方便地安裝在湖泊、海洋和陸地上，為氫燃料的制備提供了一個新的選擇。對于水解制氫技術(shù)，世界各地的科學(xué)家們已經(jīng)探索了多年，但這些技術(shù)大都需要將光催化劑淹沒在水中。由于陽光在與水面接觸后會發(fā)生折射和衍射，這極大限制了這些技術(shù)的制備效率。新研究中，美國威斯康星大學(xué)麥迪遜分校材料科學(xué)與工程系助理教授王旭東（音譯）與美國林業(yè)產(chǎn)品實驗室的蔡志勇（音譯）博士專門對此進(jìn)行了創(chuàng)新。他們試圖通過模仿樹的能量轉(zhuǎn)化過程來解決這一難題。物理學(xué)家組織網(wǎng)近日報道稱，這一“樹形”設(shè)備的頂部是由纖維素制成的面板和用二氧化鈦介孔材料制成的催化劑涂層，它們能最大限度地獲取陽光并增加水與催化劑接觸的面積；而在這顆“樹”的底部，則是由納米碳纖維（CNFs）組成的龐大“根系”，這些納米碳纖維制成的根系組織能夠?qū)⑺诌\輸?shù)巾敳康拇呋瘎?ldquo;葉子”上，在那里，水會被分解成氫氣和氧氣。整個過程與樹木的光合作用極為相似。由于催化劑不會完全淹沒在水中，同時又保證與陽光的充分接觸，這種技術(shù)不但大大加快了水分解的時間，在制氫效率上也比傳統(tǒng)技術(shù)要高的多。王旭東說，通常，水解制氫所使用的催化劑呈粉末狀。不久前，人們開始使用納米線作為催化劑。而他們則第一個采用了基于納米碳纖維材料的催化劑涂層技術(shù)，該技術(shù)與傳統(tǒng)技術(shù)相比還具有極為優(yōu)異的親水性能。“在地面上放置一個盛水的容器就能通過該技術(shù)獲取氫燃料，如果能將這種裝置架設(shè)到湖泊或是海洋上將會更為便利。該技術(shù)有望最大限度地消除水面環(huán)境的局限性，最大限度地提高太陽能的轉(zhuǎn)化效率。以這種技術(shù)建立的制氫工廠既能建立在陸地上，也能建在水體上。氫是一種綠色能源，適用范圍十分廣泛，氫承載的能量能夠很方便地被運輸?shù)胶芏嗟胤?，無論是汽車還是建筑物。”他說。接下來，王旭東和他的合作者希望制造一個更大規(guī)模的原型。該項目由美國能源部資助，目前美國林產(chǎn)品實驗室正在為該技術(shù)申請專利。