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美开发出新型高效太阳能制氢技术

来源:科技日报    发布时间:2014-07-29

  通过模仿一棵树的能量转换过程,美科学家日前开发出一种高效的太阳能制氢技术。该技术水解氢气的效率比传统技术高两倍以上,且能十分方便地安装在湖泊、海洋和陆地上,为氢燃料的制备提供了一个新的选择。

  对于水解制氢技术,世界各地的科学家们已经探索了多年,但这些技术大都需要将光催化剂淹没在水中。由于阳光在与水面接触后会发生折射和衍射,这极大限制了这些技术的制备效率。

  新研究中,美国威斯康星大学麦迪逊分校材料科学与工程系助理教授王旭东(音译)与美国林业产品实验室的蔡志勇(音译)博士专门对此进行了创新。他们试图通过模仿树的能量转化过程来解决这一难题。

  物理学家组织网近日报道称,这一“树形”设备的顶部是由纤维素制成的面板和用二氧化钛介孔材料制成的催化剂涂层,它们能最大限度地获取阳光并增加水与催化剂接触的面积;而在这颗“树”的底部,则是由纳米碳纤维(CNFs)组成的庞大“根系”,这些纳米碳纤维制成的根系组织能够将水分运输到顶部的催化剂“叶子”上,在那里,水会被分解成氢气和氧气。整个过程与树木的光合作用极为相似。

  由于催化剂不会完全淹没在水中,同时又保证与阳光的充分接触,这种技术不但大大加快了水分解的时间,在制氢效率上也比传统技术要高的多。王旭东说,通常,水解制氢所使用的催化剂呈粉末状。不久前,人们开始使用纳米线作为催化剂。而他们则第一个采用了基于纳米碳纤维材料的催化剂涂层技术,该技术与传统技术相比还具有极为优异的亲水性能。“在地面上放置一个盛水的容器就能通过该技术获取氢燃料,如果能将这种装置架设到湖泊或是海洋上将会更为便利。该技术有望最大限度地消除水面环境的局限性,最大限度地提高太阳能的转化效率。以这种技术建立的制氢工厂既能建立在陆地上,也能建在水体上。氢是一种绿色能源,适用范围十分广泛,氢承载的能量能够很方便地被运输到很多地方,无论是汽车还是建筑物。”他说。

  接下来,王旭东和他的合作者希望制造一个更大规模的原型。该项目由美国能源部资助,目前美国林产品实验室正在为该技术申请专利。