利用阳光分解水生产氢燃料的新突破

一个国际研究小组由莫纳什大学利用在植物中发现的化学物质来复制光合作用的一个关键过程,为利用阳光将水分解为氢和氧的新方法铺平了道路。

这一突破可能会使氢气——被誉为未来清洁、绿色的燃料——更便宜、更容易实现商业规模生产,从而彻底改变可再生能源行业。

里昂Spiccia教授罗宾Brimblecombe先生和安妮特从莫纳什大学与古哈德博士Swiegers CSIRO和普林斯顿大学教授查尔斯·Dismukes开发一个系统包括一个涂层,可以用一种锰、浸渍化学基本维持光合作用的植物。

斯皮西亚教授说:“我们复制了大自然,利用植物生命中已经进化了30亿年的元素和机制,在实验室中重现了其中一个过程。”

“锰簇对植物利用水、二氧化碳和阳光制造碳水化合物和氧气的能力至关重要。Charles Dismukes教授不久前开发了这种人造模拟簇,我们更进一步,利用这些分子的能力将水转化为其组成元素,氧和氢,”Spiccia教授说。

“当我们在阳极上涂上一层名为Nafion的质子导体,形成一层只有几微米厚的聚合物膜,作为锰簇的宿主时,这才取得了突破。”

“通常不溶于水,当我们将催化剂结合在Nafion膜的孔隙中,它可以稳定地防止分解,重要的是,水可以在催化剂暴露在光照下氧化的地方到达它。”

这个“氧化”水的过程产生质子和电子,这些质子和电子可以转化成氢气,而不是像植物中那样转化成碳水化合物。

斯皮西亚教授说:“多年来,人类已经能够将水分解成氢和氧,而我们第一次能够做到同样的事情,仅仅使用阳光、1.2伏特的电势和大自然为此选择的化学物质。

测试显示,在连续使用三天后,催化剂组件仍然活跃,在水、电势和可见光的存在下产生氧气和氢气。

Spiccia教授说,该系统的效率需要改进,但这一突破具有巨大的潜力。“我们需要继续向自然学习,这样我们才能更好地掌握这个过程。”

“长期以来,氢一直被认为是理想的清洁绿色燃料,能源丰富,碳中和。只使用水和阳光生产氢气,为世界各地的社区提供了一种丰富的、可再生的绿色能源的可能性。”

这项研究发表在本月的科学杂志《Angewandte Chemie》国际版上。

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