科技日?qǐng)?bào)記者 劉霞
韓國(guó)蔚山國(guó)立科學(xué)技術(shù)研究院團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)出一款新型光電化學(xué)制氫系統(tǒng)。新系統(tǒng)利用太陽(yáng)能和甘蔗廢料中的糠醛協(xié)同制氫，降低了制氫過(guò)程中的二氧化碳排放量，且效率為美國(guó)能源部設(shè)定商業(yè)化基準(zhǔn)的四倍。相關(guān)論文發(fā)表于新一期《自然·通訊》雜志。
作為備受矚目的下一代清潔燃料，氫氣燃燒時(shí)不會(huì)產(chǎn)生溫室氣體，且能量密度可達(dá)汽油的2.7倍。但目前大部分制氫工藝使用天然氣，這一過(guò)程會(huì)排放大量二氧化碳。在最新研究中，團(tuán)隊(duì)另辟蹊徑，利用從甘蔗廢料中提取的糠醛來(lái)制氫，因而不產(chǎn)生二氧化碳排放。
最新系統(tǒng)創(chuàng)造性地構(gòu)建了“雙引擎”產(chǎn)氫機(jī)制：糠醛在銅電極上被氧化產(chǎn)生氫氣，殘留物質(zhì)被轉(zhuǎn)化為高價(jià)值產(chǎn)品糠酸。硅光電極上，水也被分解產(chǎn)生氫氣。與傳統(tǒng)光電化學(xué)系統(tǒng)相比，這種協(xié)同效應(yīng)使理論產(chǎn)氫的效率大幅提升，實(shí)測(cè)性能達(dá)1.4毫摩爾/（平方厘米·小時(shí)），幾乎為美國(guó)能源部設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)0.36毫摩爾/（平方厘米·小時(shí)）的四倍。
當(dāng)光電極吸收陽(yáng)光并產(chǎn)生電子時(shí)，制氫過(guò)程就開(kāi)始了。晶體硅光電極可以產(chǎn)生大量電子促進(jìn)氫氣生產(chǎn)。然而，0.6伏的低工作電壓使其難以在沒(méi)有外部電源的情況下啟動(dòng)制氫反應(yīng)。為此，團(tuán)隊(duì)在電極上引入糠醛的氧化反應(yīng)，平衡系統(tǒng)電壓，解決了這一難題。
這一方法實(shí)現(xiàn)了無(wú)外接電源制氫，保留了晶體硅光電極的高光電流密度，促進(jìn)了制氫效率。此外，該系統(tǒng)采用交叉背接觸結(jié)構(gòu)，最大限度地降低了光電極內(nèi)的電壓損耗。鎳箔-玻璃復(fù)合封裝結(jié)構(gòu)也確保了電極的長(zhǎng)效穩(wěn)定。
這項(xiàng)突破大幅提升了太陽(yáng)能制氫的經(jīng)濟(jì)可行性，為抗衡化石燃料制氫提供了關(guān)鍵技術(shù)支撐。
