廉价而又高效,纳米二硫化钨可用于海水制氢

虽然阳光是一种清洁能源,但许多问题阻碍了其广泛使用。其中最重要的是它的间歇性,它并不总是晴天,阳光充足的时期并不总是与电力需求的高度相关。此外,如果太阳能产生的电力不能立即使用或储存,则会浪费。因此,需要一种实用的方法来储存太阳能,可以在需要时使用,这些手段能使人们更高效地利用太阳能和氢能,进一步降低对石油的依赖。

米二硫化钨可用于海水制氢图片

利用太阳能进行电解海水制氢,通过称为电解的过程将水分解为氢和氧分子。这两种气体可以储存,然后在燃料电池中重新组合,以在需求保证时发电。这是现阶段人们利用太阳能的一个主要途径。这是一个化学转化过程,需要用到催化剂。催化剂是减少化学反应所需能量的材料,电催化剂使用电来驱动化学反应,是海水制氢的关键。

海水电解制氢很早就有了,但是需要大量的电力和昂贵的催化剂导致成本居高不下而以普及。这其中的主要成本就是贵金属催化剂——铂。在大部分的氢转化中,铂金属是公认催化效果最好的。但是铂金价格如此昂贵,因此,人们需要寻找廉价而又高效的催化材料来突破海水制氢技术成本瓶颈。

一个来自美国正在研究新型电催化剂的科学团队找到了一种可用于催化的新型材料——二硫化钨纳米片,这种类似于石墨烯的二维材料其结构为密排六方的层状结构,其晶体是由S-W-S三个平面组成,层内的每个S原子与周围S个W原子之间的距离相等,而每个W原子又与周围的6个硫原子形成三棱镜配位结构,整体形成六方晶体层状结构,具有优异的电学特性。

在二硫化钨中,层内的W原子与周围的S原子之间的相互作用力很强,而二硫化钨层与层之间的相互作巧力却很弱。这个特性使得纳米二硫化钨能从二硫化钼、二氧化钛或其材料中脱颖而出。科学家从可再生能源(例如太阳能电池或风力涡轮机)产生的电可以通过导电支撑材料转移到硫化钨片。电流进入片材的催化活性边缘,在那里它被转移到水分子中,使它们分裂成氧气和氢气。

科学家正在通过支撑材料将电能转移到二硫化钨薄片上。他们改变了支撑材料的结构,将通常平放的支撑材料改为垂直于表面的片材,并调整边缘的化学成分,使电力传输更加高效。

科学家们认为,他们的项目成果有更实际的意义,可能对未来的清洁能源产生影响,不过他们还有许多问题需要解决,最主要的还是电力的储存问题。

 

 

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