光催化新魔法 将海水变成燃料

怎样从水中提取燃料？现在广为人知的一项技术就是电解水逆反应，把氢和氧分别供给阴极和阳极，氢通过阴极向外扩散和电解质发生反应后，放出电子通过外部的负载到达阳极，这种技术原理目前被广泛应用于氢燃料电池上。

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随着环境污染的日益严重，人们开始尝试越来越多获取清洁能源的方案来替代传统的煤炭和石化燃料，从国家近期颁布的新能源车换代计划和习近平总书记在十九大报告中多次提到了环境保护方针来看，未来的中国将不遗余力地为恢复蓝天绿水而努力，环保材料的市场潜力不可估量。

中钨在线新闻中曾多次报道有关于钨催化剂的新闻，最多的莫过于氢能源汽车了。相对于锂电池汽车，用氢燃料电池作汽车动力无污染环境的有害成份，是名副其实的“绿色燃料”汽车。只是，氢能源车的成本问题仍存在瓶颈，目前制造氢燃料的过程相当昂贵，并且缺乏现有的基础设施以支持，但这应该也只是时间问题。近来，就有美国媒体报道，有科学团队在水制氢工艺中取得了重大突破，他们从海水中成功分离出了氢燃料，而且通过技术改进使制氢成本大幅降低，那到底是用了什么"新魔法"呢？我们接着往下看。

目前制氢方法不仅效率低，而且成本高，需要用到不可再生的天然气（燃料），但是纳米科技的出现则为制氢技术提供的新的创造方法。近日，美国佛罗里达大学（UCF）的科学团队开发了一种突破性的混合纳米材料，可以利用现有的绿色能源，太阳能的力量将海水变成氢燃料。

科学家所说的技术原理就是我们国内常用的光催化技术，这种方法经常被用于处理废水。光催化的核心就是光催化剂。钛、钨、铋都是常用的光催化材料，但这一次，美国科学家将它们用于制造能源。

太阳能氢分裂是许多研究人员多年来不懈努力的课题。据华裔科学家杨先生介绍：“团队已经开辟新的技术领域来分解真正的水，它不是实验室的纯净水，而是占地球总表面积70%的海水。

为了产生氢燃料，科学家需要一种光催化剂，这种材料暴露于阳光下就能发生化学反应。但考虑到海水的腐蚀性和难度，杨先生需要一种独特耐用的光催化剂，它是制氢成功的关键，那会是什么材料呢？

这是一种混合的单层金属二维纳米材料，科学家首先使用超薄的纳米二氧化钛，二氧化钛是一种常见的光催化剂材料，在二氧化钛中雕刻纳米孔，形成载体。然后再使用二硫化钨（钼）的纳米片，二硫化钨和二硫化钼是近年来倍受关注的单层半导体过渡金属材料，因其是直接带隙的半导体，量子产率高，并具有显著的谷极化效应，在光电应用领域具有比石墨烯更好的作用。

将二硫化钨涂覆二氧化钛的纳米空穴上，两者结合，光催化效果大幅提升，效果是单独二氧化钛催化剂的两倍以上，因为可以将有限范围的光转化为能量，并将紫外—可见光转化为近红外光波长，成为更广泛的范围。

杨先生说“有了这种高效的光催化剂，我们可以从光线中吸收比常规材料更多的太阳能，并通过技术将太阳能转化成氢能源，佛罗里达州周围的海水很多，阳光很好，如果最终实现工业化，将为佛罗里达州的经济提供增长点，团队对此很有信心。

在许多情况下，从太阳能生产化学燃料是比太阳能电池板发电更好的解决方案。与传统方法比较，杨先生团队所用的光催化制技术制氢将更加容易和便宜，而且也可以将电储存在电池中，容易储存和运输。当然，从海水中提取氢燃料只是开始，目前杨先生的团队仍在继续研究，他们最终的目标是从废水中制氢，如果这一宏愿能够成功，那将是有利于全人类的一项无比重要的科学财富。（中钨在线：伟平）

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