科學家開發新型光催化劑,可從海水中高效提取氫燃料

作者 | 發布日期 2017 年 10 月 12 日 8:45 | 分類 太陽能 , 奈米 , 尖端科技 follow us in feedly

不被特斯拉看好的氫燃料電池汽車有新能量來源了。美國科學家開發出一種由混合材料組成的新型光催化劑,可以比現有方法更有效率從海水中提取氫,將使氫燃料成為現有化石燃料的可行性替代品。



許多汽車製造商如日本豐田、本田等,正在大量投資開發氫燃料電池汽車,透過燃料電池中氧與氫反應產生電力來推動電動機,再驅動車輛,汽車尾巴排出來的不再是廢氣而只是水。只不過,氫雖然是宇宙最豐富的元素,在地球上卻主要存在化合物中,不能直接捕捉利用,必須從化石燃料或從其他能源中提取,不只需額外耗費大量能量,轉換過程也易引起能量流失。目前提取氫的技術仍有諸多障礙待跨,電動車巨擘、特斯拉總裁馬斯克因而毫不吝嗇的對氫燃料汽車潑冷水。

不過,美國中央佛羅里達大學(UCF)助理教授 Yang Yang 最近發表一種由二硫化鉬(MoS2)和二氧化鈦(TiO2)組成的光催化劑,可以利用太陽光將海水高效轉化為氫氣和氧氣,研究發表在《能源與環境科學》期刊。

(Source:中央佛羅倫斯大學)

二氧化鈦是水反應生成氫氣和氧氣的催化劑,也是最常見的光催化劑,研究指出,新型光催化劑是一種超薄二氧化鈦薄膜,研究人員在表面蝕刻奈米結構孔隙,再用僅原子寬度的二硫化鉬薄片塗覆凹痕,這類非金屬、且元素蘊藏量豐富的混合材料,光催化活性可以透過等離子體效應增強,獲得比其他材料更廣泛的光照量,成為太陽能轉化為化學燃料的優異催化劑,同時還能抵禦海水的高鹽度、腐蝕性等惡劣條件。

典型的催化劑只能將有限範圍的光轉化為能量,但新開發的混合材料能顯著增加可被收穫的光能範圍,透過控制奈米片中硫的密度,它們可以從紫外-可見光到近紅外光波長中產生至少是當前光催化劑的兩倍能量。

到目前為止,製造氫燃料的過程效率偏低、成本高,且缺乏基礎設施支持,但若這種奈米材料被大規模使用,或許可以成功幫助大量綠色能源生成,替代化石燃料。Yang Yang 表示,商業化之後,它可以促進海水與光照都充足的佛羅里達州經濟。製造太陽能催化劑與太陽能電池板相比相對容易且便宜,目前研究人員正試圖進一步提高性能,從而可從廢水中分離出氫。

(首圖來源:pixabay)