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挑战能源结构:可见光将水分解成氢气和氧气

导读: 中美科学家携手,以氧化钴纳米粒子为催化剂,首次采用可见光,快速地将水分解成了氢气和氧气,简单快捷且能源转化效率较高。

  中美科学家携手,以氧化钴纳米粒子为催化剂,首次采用可见光,快速地将水分解成了氢气和氧气,简单快捷且能源转化效率较高。相关研究发表在周日出版的《自然·纳米技术》杂志网络版上。

  该研究领导者、美国休斯敦大学电子和计算机工程学院副教授包季明(音译)表示,尽管还需要更进一步的研究,但新研究发现了氧化钴这种新的光催化剂,并证明纳米技术在改变物质属性方面的潜力。来自萨姆休斯顿州立大学、中国科学院、四川大学、德克萨斯州立大学的科学家们也参与了这项研究。

  包季明说,从上世纪70年代开始,科学家们就在使用各种各样的光催化剂进行水分离实验。新实验是科学家们首次使用氧化钴,并首次在可见光下将中性水分解,能源转化效率也很高,而且不需要其他催化剂。

  他们使用飞秒激光烧蚀法和机械球磨法这两种方式来准备纳米粒子,两种方式得到的纳米粒子在实验中的表现一样好。他们也使用了各种不同的光源——从激光到模拟太阳光来进行实验,并认为使用自然太阳光,实验结果也会一样好。

  包季明说,一旦将纳米粒子添加到反应中并使用光线照射,水几乎立刻就会分解成氢气和氧气,得到的氢气的体积为氧气的2倍,与水(h2o)中氢氧的组成比一样。

  这项有望为人们提供可再生燃料的研究仍然需要进一步改进。包季明指出,最新实验中,太阳光—氢的转化效率约为5%,而转化效率达到10%左右才适合进行商业化生产。

  而且,还有其他问题需要解决,包括降低成本并延长氧化钴纳米粒子的寿命等。科学家们发现,在大约经过一小时反应后,氧化钴基本上就失去了活性。他们将继续解答一些关键问题,进一步厘清氧化钴的化学和电学属性。

  圈点

  40年前,光催化剂开始走进科学家的视野——以“光”作为条件,让催化反应有了随时随地发生、走向千家万户的可能。事实也的确如此——家里搞过装修、买过建材的人对商家大肆宣传的“光触媒技术”一定不会陌生。新研究把催化条件设定在了几乎无处不在的“可见光”,并瞄准了能源制备,“野心”不小。一旦实现,势必会对目前的能源结构带来颠覆性变革。不过,如果一味将水视作可再生能源,相关应用又不加限制的话,此类技术给人类和地球带来的兴许不是福音。

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