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新型多孔材料有望从水中制造可再生能源

2021年08月18日 福建机械设备网

新型多孔材料有望从水中制造可再生能源

一种可再生能源的潜在来源是借助阳光从水中产生的氢气。瑞典林雪平大学的研究人员已经开发出一种纳米多孔立方碳化硅材料,该材料具有捕获太阳能和分解水以生产氢气的良好性能。这项研究已发表在ACS Nano杂志上中国塑料网vlevle.com。

林雪平大学物理,化学和生物学系高级讲师孙建武说:“需要新的可持续能源系统来应对全球能源和环境挑战,例如增加二氧化碳排放量和气候变化。”学习。

氢的能量密度是汽油的三倍。它可以用于通过燃料电池发电,而氢燃料汽车已经在市场上出售。当使用氢气产生能量时,唯一形成的产物是纯净水。但是,与此相反,由于今天使用的最常用技术依赖于化石燃料来生产氢气,因此在产生氢气时会产生二氧化碳。因此,当产生1吨氢气时,将排放9-12吨二氧化碳。

通过利用太阳能分解水分子来生产氢气是一种可持续的方法,可以使用可再生资源产生氢气而不会导致二氧化碳排放。该方法的主要优点是可以将太阳能转换为可以存储的燃料。

“传统的太阳能电池白天会产生能量,必须立即使用或将其存储在例如电池中。氢是一种有前途的能源,可以像传统燃料一样储存和运输,例如汽油和柴油。”孙建武说。

但是,利用阳光中的能量分解水以产生氢气并不是一件容易的事。为了使此成功,有必要找到一种具有成本效益的材料,该材料具有将水(H 2 O)分解为氢(H 2)和氧(O 2)的反应的正确特性。)通过光电解。

阳光中可用于分解水的能量主要以紫外线和可见光的形式出现。因此,需要一种能够有效吸收这种辐射以产生电荷的材料,该电荷可以被分离并且具有足够的能量以将水分子分裂成氢气和氧气。迄今为止,大多数已经研究过的材料要么利用可见光的能量效率低下(例如二氧化钛,TiO 2仅吸收紫外线),要么不具备将水分解为氢气所需的特性。 (例如,硅,Si)。

孙建武的研究小组研究了立方碳化硅3C-SiC。科学家们生产了一种立方碳化硅,它具有许多非常小的孔。他们称其为纳米多孔3C-SiC的材料具有令人鼓舞的特性,表明它可用于利用阳光从水中产生氢气。

本研究已经发表在ACS Nano期刊上,研究人员表明,这种新型多孔材料可以有效地捕获和收集紫外线和大部分可见阳光。此外,多孔结构促进了具有所需能量的电荷的分离,而小孔则提供了较大的有效表面积。这增强了电荷转移并增加了反应位点的数量,从而进一步提高了水的分解效率。

“我们显示的主要结果是,纳米多孔立方碳化硅具有更高的电荷分离效率,这使得水与氢的分离比使用平面碳化硅时要好得多,”孙建武说。

这项研究已获得瑞典研究委员会,FORMAS和瑞典国际研究与高等教育合作基金会等机构的资助。