氫（qīng）能源時代即將來臨（lín）！中國太（tài）陽能光分解和美國光（guāng）伏製氫（qīng）技術均有重（chóng）大突破

氫作為傳統化石燃料的一種可（kě）行的綠色替代品，甚至作為商業融合的潛在解決方（fāng）案得到了廣泛關注，通常被稱為清潔能源的聖杯。

然而，盡管（guǎn）它引起了（le）很多轟動，但並不是所有種類的氫都是真正的綠（lǜ）色選擇。事實上，很多氫是由化石燃料產生，主要是51吃瓜网和煤，這意味著它的使（shǐ）用實際上沒有減少排放，這種被稱為“灰（huī）色氫（qīng）”的氫已經被用於工業和工業過程，如氨的生產、煉（liàn）油廠和作為化工原（yuán）料。

這就（jiù）是為什麽綠（lǜ）色氫如此重要的原（yuán）因，不僅是氫（qīng）部分（fèn），而且在製造過程，無論是（shì）在供應鏈的生產端還（hái）是（shì）消費端，都是零溫室氣體排放。

唯一的問題是，我們還沒有找到一種經濟上可行的方法來生產綠色氫，而不需要使用大量資金或數噸能源投入，但目前我（wǒ）們已快接近這個門檻。

近日，中美（měi）兩國研究人員在“綠氫”的生產技術方麵均取（qǔ）得重大突破，其中美國科學家實現光伏製（zhì）氫技術，可以將（jiāng）製氫效率提升24倍；而中科院大連化學物理所（suǒ）的（de）太陽能（néng）光催化全分（fèn）解水製（zhì）氫效率創國際最高記錄（lù）。

中國“氫農場”

氫雲鏈（liàn）從中科院大連化學物理（lǐ）所獲悉，該所（suǒ）催化基礎國家重點實驗室李燦院士、李仁（rén）貴研究員等在太陽能可（kě）規（guī）模化分解（jiě）水製氫方麵取得新進展（zhǎn），率先提（tí）出並（bìng）驗證了一種全新的“氫農場”策略。該策略基於（yú）粉末納米顆（kē）粒光催化劑太陽能（néng）分（fèn）解水製氫，太陽能光催（cuī）化全分解水製氫效率創國際最高記錄。該研究成（chéng）果日（rì）前發表在《德國應用化學》上。

受自然光合作用原理啟發，研究團隊借鑒大規（guī）模種植莊稼的做法，率（lǜ）先（xiān）提（tí）出（chū）並驗證（zhèng）了基於粉末納米顆粒光催化劑的太陽能規模化分解水（shuǐ）製氫的“氫農（nóng）場”策略，這（zhè）是一種不同於國（guó）際上報道的全新策（cè）略。而該策略的實（shí）現需要解決兩大關鍵問題，一是如（rú）何實現高效光（guāng）催化水氧化儲存（cún）太陽能過程，二是如何抑製納米顆粒光催化劑表麵生成的氧（yǎng）化態和還原態儲能介質之間的反應（即逆反應）。

中科院大化所李（lǐ）仁貴研究員介紹，“氫農場”策略是借（jiè）鑒自然光合作用中光係（xì）統II和光係統I在空間上分離（lí）以（yǐ）及光（guāng）反（fǎn）應和（hé）暗反應在空間上分離的（de）原理，將分解水反應中的水氧（yǎng）化反應與質子還原反應在空間上分離，避免了氫氣和（hé）氧氣的逆反應，規避了產物氫氣和氧氣分離等問題，水氧（yǎng）化反應（yīng）器（qì）開放，原理上解決了（le）大規模應用的技術（shù）瓶頸。

此外，研究團隊基於晶麵間光生電荷分離原理，通過精確調控釩酸鉍光催化劑氧化和還原反應晶麵的暴露比例，使光催化（huà）水氧化反應性能（néng）得（dé）到優化，在Fe3+/Fe2+離子對作為（wéi）儲能介質的（de）條件下，可見光下光催化水氧化量子效率達到60%以上，“氫農場”體係的太陽能到（dào）氫能轉化效率超過1.8%，這也是目前（qián）國際上報道（dào）的基於粉末納米顆粒光催化（huà）分解水體係太（tài）陽能製氫（qīng）效率的最高值。同時，利用催化劑（jì）不同暴露晶麵之間的電荷分離特性以及戶外太陽光照射條件下的試驗，驗證了“氫農場”策略的可行性，為基礎研究成果轉化為應用示範提供（gòng）了科學基（jī）礎。

美國“光伏製氫”

據（jù）外媒報道，科學家們首次研發了一種能夠有效吸收陽光的（de）單分子，而且該分（fèn）子還可以作為一種催化劑，將太陽能轉化為氫氣，而氫氣可作為清潔的燃料替代品，用（yòng）於燃油汽車。該種（zhǒng）新分子（zǐ）可（kě）以從整個可見光光譜中收（shōu）集能量，與目前的太陽能電（diàn）池相比，可以多利用50%的太陽能。這一發現可以幫助人們擺脫對化石燃料的依賴，轉向使用不會對氣（qì）候造成影響的能源。

該研究（jiū）團隊由美國俄亥俄州立大學(The Ohio State University)化學與生物物理動（dòng）力學中心主任兼化學教授Claudia Turro領導。Turro表示："我們（men）的想（xiǎng）法是利用太陽光子，將其轉化為氫氣。簡而言之，我們利用來自陽光的能源，並將其存儲在（zài）化學鍵中，以便日（rì）後使用。"光子是陽光（guāng）的（de）基本（běn）粒子（zǐ），包含能（néng）量。

研究（jiū）人員首次證明（míng），可以從太（tài）陽光的整個可（kě）見光光譜(包括低（dī）能量紅外光譜，也是太陽光光譜的一部分，以前很難收集該光譜的能（néng）量)中收集能量，並迅速且有效地將其轉化成氫氣。氫氣（qì）是（shì）一種清潔燃料，在使用過程中不會產生碳或二氧化碳。

Turro表示："該理念得以實現是因為該係統能夠讓該分子處（chù）於激發狀態，吸（xī）收光（guāng）子，並存儲（chǔ）兩個電子，以製造氫氣。在一個由兩個光（guāng）子產生的分子中存儲兩個電子，並合（hé）成製氫，這一做法前（qián）所未有。"

將太陽（yáng）能轉化為汽車燃料首先需要利用一種機製收集（jí）能量，再將此類能量轉化為（wéi）燃料，而轉（zhuǎn）化需要一種稱為"催化劑"(能夠加速化學反應)的東西（xī），讓太陽能（néng）轉化為氫氣等可使用的能源。

以前的研究大多數是嚐試收集紫外線等較高能量波長的陽光，再將此類太陽（yáng）能轉化為（wéi）氫氣。Turro表示，少（shǎo）數依靠單（dān）分子（zǐ）去收集能量的研究也非常低效，部分原因在於無法從整個可見光光譜中收集能量（liàng），而無法（fǎ）做到這一點（diǎn）的原因在於催化劑本身降解得（dé）很快。

Turro的研究小組發現了如（rú）何（hé）用一個分子(元素銠的一種形式)製造催化劑，從而可以損失更少的能量。研究小組找到了方法，可以收集從（cóng）紅外線到紫外線整個可見光光譜的（de）能量（liàng）。該研究小組設計的係統與之前和紫外線（xiàn）光子工作的單分子係統相比，效率提高了24倍以上。

在該（gāi）項研究中（zhōng），研究人員用LED燈照射含有（yǒu）活性分子的酸性（xìng）溶液，發現製出了氫（qīng）氣（qì）。Turro表示（shì）："該方法可（kě）行（háng）的原因是該分子很難（nán）被氧化。"

Turro表（biǎo）示，在該研究小（xiǎo）組將成果應用於現實（shí）世界之前，還（hái）有很多工作要完成。銠是一種稀有金（jīn）屬，以銠為原料製造催化劑（jì）的成本較高。目（mù）前，該研究小組正致力於改進（jìn）該分子，使其能夠在更長的時間段內製造氫氣，並致力於利用更便宜的材料製造催化劑。