現(xiàn)在最新的制氫方法是什么？

【專家解說】：十一、陶瓷跟水反應(yīng)制取氫氣 日本東京工業(yè)大學(xué)的科學(xué)家在300 ℃下，使陶瓷跟水反應(yīng)制得了氫。他們在氬和氮的氣流中，將炭的鎳鐵氧體（CNF）加熱到300 ℃，然后用注射針頭向CNF上注水，使水跟熱的CNF接觸，就制得氫。由于在水分解后CNF又回到了非活性狀態(tài)，因而鐵氧體能反復(fù)使用。在每一次反應(yīng)中，平均每克CNF能產(chǎn)生2立方厘米～3立方厘米的氫氣。 十二、甲烷制氫氣 1.日本京都大學(xué)教授乾智行用鎳鉑稀土元素氧化物多孔催化劑，使甲烷、二氧化碳和水生成了氫氣。催化劑中鎳、稀土元素氧化物和鉑的組成比例為10:65:0.5。其制備過程是，先將鎳、稀土元素氧化物等原料加熱熔解，然后導(dǎo)入氨氣，使熔解物成為凝膠狀，再進(jìn)行干燥、熱處理。這種催化劑微?？讖綖?納米～100納米，具有很高的催化活性。乾智行教授將該催化劑裝進(jìn)反應(yīng)塔，然后加入二氧化碳、甲烷和水蒸氣。結(jié)果，在常壓及550 ℃～600 ℃條件下，生成物為氫氣和一氧化碳，升溫至650 ℃，其轉(zhuǎn)化率為80%；溫度為700 ℃時(shí)，轉(zhuǎn)化率幾乎達(dá)到100%。 2.用C60作催化劑從甲烷制氫氣 日本工業(yè)技術(shù)院物質(zhì)工學(xué)工業(yè)技術(shù)研究所用C60作催化劑，從甲烷制得氫氣。 在現(xiàn)階段，C60在高溫條件下才能發(fā)揮功能，不能立刻達(dá)到實(shí)用，必須加以改良，制成在低溫條件下也能工作的節(jié)能催化劑。他們開發(fā)的催化劑，是在碳粉里摻10%的C60。在加熱到1000 ℃的容器里，放入0.1克催化劑，以1分鐘流入20毫升甲烷的速度作實(shí)驗(yàn)，結(jié)果90%的甲烷分解成氫和碳。C60用作催化劑，可用水洗凈表面，除去附著的殘存碳素，理論上可半永久使用。由于形狀獨(dú)特，粒子表面面積為活性炭的5倍到10倍，因而作催化劑用時(shí)功能較強(qiáng)。 十三、從微生物中提取的酶制氫氣 1.葡萄糖脫氧酶。美國橡樹岑國家實(shí)驗(yàn)室從熱原體乳酸菌中提取葡萄糖脫氧酶。熱原體乳酸菌首先是在美國礦井中的低溫干餾煤渣中發(fā)現(xiàn)的。葡萄糖脫氧酶在磷酸煙酰胺腺嘌呤二核苷酸（NADP）的幫助下，能從葡萄糖中提取氫。在制取氫的過程中，NADP從葡萄糖中剝?nèi)∫粋€(gè)氫原子，使剩余物質(zhì)變成氫原子溶液。 2.氫化酶。這種酶是從曾在海底火山口附近發(fā)現(xiàn)的一種微生物中提取的。氫化酶的作用是使NADP攜載的氫原子結(jié)合成氫分子，而NADP還原為它原來的狀態(tài)繼續(xù)再次被利用。除美國發(fā)現(xiàn)這種酶外，俄羅斯的科學(xué)家也在湖沼里發(fā)現(xiàn)了這種微生物。他們把這種微生物放在適合于它生存的特殊器皿里，然后將微生物產(chǎn)出的氫氣收集在氫氣瓶里。 十四、從細(xì)菌制取氫氣 1.許多原始的低等生物在其新陳代謝的過程中也可放出氫氣。例如，許多細(xì)菌可在一定條件下放出氫氣。日本已發(fā)現(xiàn)一種名為“紅極毛桿菌”的細(xì)菌，就是制氫的能手。在玻璃器皿里，以淀粉作原料，摻入一些其他營養(yǎng)素制成培養(yǎng)液，就可以培養(yǎng)出這種細(xì)菌。每消耗5毫米淀粉營養(yǎng)液，就可以產(chǎn)生出25毫升的氫氣。 2.美國宇航部門準(zhǔn)備把一種光合細(xì)菌—紅螺菌帶到太空去，用它放出的氫氣作為能源供航天器使用。 十五、用綠藻生產(chǎn)氫氣 科學(xué)家們已發(fā)現(xiàn)一種新方法，使綠藻按要求生產(chǎn)氫氣。美國伯克利加州大學(xué)科學(xué)家說，綠藻屬于人類已知的最古老植物之一，通過進(jìn)化形成了能生活在兩個(gè)截然不同的環(huán)境中的本領(lǐng)。當(dāng)綠藻生活在平常的空氣和陽光中時(shí)，它像其他植物一樣具有光合作用。光合作用利用陽光，水和二氧化碳生成氧氣和植物維持生命所需要的化學(xué)物質(zhì)。然而當(dāng)綠藻缺少硫這種關(guān)鍵性的營養(yǎng)成分，并且被置于無氧環(huán)境中時(shí)，綠藻就會回到另一種生存方式中以便存活下來，在這種情況下，綠藻就會產(chǎn)生氫氣。科學(xué)家介紹，1升綠藻培養(yǎng)液每小時(shí)可以產(chǎn)生出3毫升氫氣，但研究人員認(rèn)為，綠藻生產(chǎn)氫氣的效率至少可以提高100倍。 十六、有機(jī)廢水發(fā)酵法生物制氫氣 最近，以厭氧活性溶液為生產(chǎn)原料的“有機(jī)廢水發(fā)酵法生物制氫技術(shù)”在我國哈爾濱建筑大學(xué)通過中試研究驗(yàn)證。我國工程院院士李圭白教授介紹，該項(xiàng)研究在國內(nèi)外首創(chuàng)并實(shí)現(xiàn)了中試規(guī)模連續(xù)非固定化菌種長期持續(xù)生物制氫技術(shù)，是生物制氫領(lǐng)域的一項(xiàng)重大突破，其成果處國際領(lǐng)先地位。生物制氫思路1966年提出，90年代受到空前重視。從90年代開始，德、日、美等一些發(fā)達(dá)國家成立了專門機(jī)構(gòu)，制定了生物制氫發(fā)展計(jì)劃，以期通過對生物制氫技術(shù)的基礎(chǔ)性和應(yīng)用性研究，在21世紀(jì)中葉實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。但時(shí)至今日，研究進(jìn)程并不理想，許多研究還都集中在細(xì)菌和酶固定化技術(shù)上，離工業(yè)化生產(chǎn)還有很大差距，迄今尚無一例中試結(jié)果。哈爾濱建筑大學(xué)的教授突破了生物制氫技術(shù)必須采用純菌種和固定技術(shù)的局限，開創(chuàng)了利用非固定化菌種生產(chǎn)氫氣的新途徑，并首次實(shí)現(xiàn)了中試規(guī)模連續(xù)流長期持續(xù)產(chǎn)氫。在此基礎(chǔ)上，他們又先后發(fā)現(xiàn)了產(chǎn)氫能力很高的乙醇發(fā)酵類型，發(fā)明了連續(xù)流生物制氫技術(shù)反應(yīng)器，初步建立了生物產(chǎn)氫發(fā)酵理論，提出了最佳工程控制對策。該項(xiàng)技術(shù)和理論成果在中試研究中得到了充分驗(yàn)證：氫氣產(chǎn)率比國外同類的小試研究高幾十倍；開發(fā)的工業(yè)化生物制氫系統(tǒng)工藝運(yùn)行穩(wěn)定可靠，且生產(chǎn)成本明顯低于目前廣泛采用的水電解法。 十七、光解水制 氫氣介紹及進(jìn)展 自地球上出現(xiàn)生命以來，就萬物生長靠太陽。光合作用是綠色植物和藻類植物在可見光作用下將二氧化碳和水轉(zhuǎn)化成碳水化合物的過程。人類賴以生存的能源和材料都直接的和間接的來自光合作用。石油、煤、天然氣等化石燃料就是自然界留給我們的光合作用的產(chǎn)物。由于世界的飛速發(fā)展，大自然留給我們的能源越來越短缺，這就激發(fā)了各國的科學(xué)家對光合作用及其模擬的研究，只能從能源上考慮，光解水制造氫是太陽能光化學(xué)轉(zhuǎn)化與儲存的最好途徑。因?yàn)闅淙紵笾簧伤?，不污染環(huán)境，便于儲存和運(yùn)輸?shù)目稍偕茉础? 如果把太陽能先轉(zhuǎn)化為電能，則光解水制氫可以通過電化學(xué)過程來實(shí)現(xiàn)。綠色植物的光合作用，就是通過葉綠素吸收太陽光，再把光能轉(zhuǎn)化為電能借助電子轉(zhuǎn)移過程將水分解的。從太陽能利用角度看，光解水制氫過程主要是利用太陽能而不是它的熱能，也就是說，光解水過程中首先應(yīng)考慮盡可能的利用陽光輻射中的紫外光和可見光部分，據(jù)此，太陽能分解水制氫可以通過三種途徑來進(jìn)行。 ★ 光電化學(xué)池：即通過光陽板吸收太陽能并將光能轉(zhuǎn)化為電能。光陽板通常為光半導(dǎo)體材料，受光激發(fā)可以產(chǎn)生電子——空穴對，光陽極和對極（陰極）組成光電化學(xué)池，在電解質(zhì)存在下光陽極吸光后在半導(dǎo)體帶上產(chǎn)生的電子通過外電路流向?qū)O，水中的質(zhì)子從對極上接受電子產(chǎn)生氫氣。 ★ 光助絡(luò)合催化：即人工模擬光合作用分解水的過程。從分解水的角度而言，在綠色植物光合作用中，首先是應(yīng)該光合作用通過光氧化水放氧儲能，然后才是二氧化碳的同化反應(yīng)。通過光化學(xué)反應(yīng)儲存了氫，同時(shí)也儲存了碳。太陽能分解水制氫，只需從原理上去模擬光合作用的吸光，電荷轉(zhuǎn)移，儲能和氧化還原反應(yīng)等基本物理化學(xué)過程。 ★ 半導(dǎo)體催化：半導(dǎo)體光催化在原理上類似于光電化學(xué)池，細(xì)小的光半導(dǎo)體顆?？梢员豢醋鍪且粋€(gè)個(gè)微電極懸浮在水中，他們像太陽極一樣在起作用，所不同的是它們之間沒有像光電化學(xué)池那樣被隔開，甚至對級也被設(shè)想是在同一粒子上。和光電化學(xué)池比較，半導(dǎo)體光催化分解水放氫的反應(yīng)大大簡化，但通過光激發(fā)在同一個(gè)半導(dǎo)體微粒上產(chǎn)生的電子——空穴對極易復(fù)合。盡管半導(dǎo)體光催化循環(huán)分解水同時(shí)放氫放氧未能實(shí)現(xiàn)，像絡(luò)合物催化光解水一樣必須在反應(yīng)體系中加入電子給體或受體分別放氫放氧，但半導(dǎo)體光催化的發(fā)展去為光催化研究打開了若干新的領(lǐng)域。 氫能，是一種最理想的無污染的綠色能源。由于氫大量地存在于水中，電解法可從水中獲得氫氣，但電解成本高，而方便廉價(jià)的氫氣制備成為各國學(xué)者的愿望。1972年，日本本多健一等人利用二氧化鈦（TiO2）半導(dǎo)體作電極，制成太陽能光電化學(xué)電池，揭示了利用太陽能直接分解水制氫的可能性。隨著由電極電解水演變?yōu)槎嘞啻呋纸馑约癟iO2以外的光催化劑的相繼發(fā)現(xiàn)，日本、歐美等國興起了以光催化方法分解水制氫(簡稱光解水)的研究，并在光催化劑的制備、改性以及光催化理論等方面取得較大進(jìn)展。 我國在光解水相關(guān)研究方面也有特色。研究表明，Ti02為可用于光解水較適宜的電極材料，但其禁帶寬度為3.2eV，只能吸收太陽光中的紫外光和近紫外光，光電轉(zhuǎn)換率僅有0.4%左右。而禁帶寬度在1.8eV左右的半導(dǎo)體作電極，可最大限度地吸收太陽光，提高制氫轉(zhuǎn)換效率，但這類電極容易產(chǎn)生陽極溶解，發(fā)生光腐蝕。我國的科研人員采用在反應(yīng)體系中加入電子接受體、在Ti02表面擔(dān)載貴金屬、制備二元及多元復(fù)合催化劑、摻雜稀土元素、光敏化，以及采用新型的制備方法提高光催化劑的催化活性，先后開發(fā)了SrTi03、K4Nb6O17、BaTi409、K3Ta3Si2O13以及具有層間復(fù)合結(jié)構(gòu)的CdS/KTiNbO5、CdS／K2Ti39Nb0.1O9/Pt等多種催化劑，取得了很大進(jìn)展，紫外光照射純水的活性已由最初的幾μmol／goh催化劑增大到幾百μmol／goh 國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“光解水用摻雜稀土新型TiO2半導(dǎo)體電極的研究”，采用溶膠－凝膠法、氣相沉積法等在電極中添加不同稀土及其它金屬氧化物，利用稀土的催化活性及擴(kuò)展材料吸光范圍等特性，制成了TiO2-RE2O3、CdS-Ti02及CdS-W03-Ti02等電極，提高了電極的光電化學(xué)性能、耐蝕性、能量轉(zhuǎn)換效率及使用壽命，取得了較好的效果。盡管光解水制氫技術(shù)距離工業(yè)化還有一定差距，但這些科研成果給實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)帶來希望?？茖W(xué)家希望能找到新的突破口，研制和開發(fā)出具有高效率的光解水催化劑，使這一“太陽氫”工程真正能服務(wù)于人類。