科學家們找到了一種使氫燃料生產效率提高25倍的方法

DAVID NIELD 2020年3月12日

氫燃料的零排放選擇對減少我們對化石燃料的依賴有很大的希望——只要我們能找到一種廉價生產的方法，而不需要瘋狂的能源投入。現在，科學家們找到了一種利用鐵鏽和光源高效生產氫燃料的方法。

這個裝置只使用了一些基本的成分——汞燈發出的光、水和甲醇的溶液，以及一種叫做α-FeOOH的鐵鏽（或氧化鐵）。在一項新的研究中，研究人員概述了這種方法產生的氫氣是使用二氧化鈦催化劑的現有技術的25倍。

氫燃料生產中最大的挑戰之一是將氫原子與其他分子分開，並在整個過程中保持這種狀態。

在新方法中，用鐵鏽代替鈦，產生的氫氣似乎被阻止與氧氣重新結合，使元素的分離更容易，同時降低了爆炸的風險。

這種可燃性是氫燃料尚未流行的原因之一。另一種情況是，使氫分離（從水、甲烷或類似物質中分離）通常需要比實際可行的多得多的能量。

日本東京科學大學的材料科學家Ken ichi Katsumata說：“我們對使用這種催化劑產生氫氣感到非常驚訝，因為大多數氧化鐵還沒有還原成氫氣。”。

“隨後，我們尋找啟用α-FeOOH的條件，發現氧是一個不可或缺的因素，這是第二個驚喜，因為許多研究表明，氧透過捕獲激發的電子來抑制制氫。”

這種鐵鏽不僅比其他用作制氫催化劑的金屬更常見（因此也更便宜），而且似乎也非常穩定——研究人員報告說，他們成功地將實驗室實驗維持了400小時。

在這種情況下，考慮到氫的來源是簡單的有機廢物，新的方法可能會對能源系統產生巨大的影響，能源系統是一個用更少的資源做更多事情的制氫過程。

無論是在汽車發動機還是發電廠，氫燃料的唯一副產品是水。正是這一革命性的燃料來源的承諾，使得許多科學家致力於利用豐富的資源（如水和陽光）來產生氫氣。

近年來，我們已經成功地測試了幾種催化劑，為專家們提供了許多探索的途徑，但要獲得有商業意義的產品，還需要克服這一挑戰。

這項最新的研究描述了一個重大的進步，但在我們用氫為汽車提供動力之前，還需要更多的研究。研究小組下一步要研究的一個領域是，為什麼氧氣對生產過程如此重要（當氧氣從催化劑上除去時，實驗失敗了）。

Katsumata說：“氧在啟用光誘導α-FeOOH中的特殊功能尚未被揭示。”因此，探索這一機制是下一個挑戰。”

這項研究已經發表在歐洲的一本雜誌《化學》上。