作为一种清洁燃料,氢气来源丰富、能量密度高,可替代化石燃料,用于运输、发电等多个领域。但是,目前99%的氢气来源于化石能源重整,这一过程会排放出大量二氧化碳。而水解制氢技术通过将水分子分解为氢气和氧气来生产清洁的氢气,无疑是一条极具前景的绿色能源之路。
德国马克斯·普朗克研究所科学家研制出一种独特的拓扑手性晶体,并将其用作水解制氢过程中的催化剂。通过操控该晶体内电子自旋,科学家将水解制氢效率提升了200倍。相关论文发表于最新一期《自然·能源》杂志。
作为一种清洁燃料,氢气来源丰富、能量密度高,可替代化石燃料,用于运输、发电等多个领域。但是,目前99%的氢气来源于化石能源重整,这一过程会排放出大量二氧化碳。而水解制氢技术通过将水分子分解为氢气和氧气来生产清洁的氢气,无疑是一条极具前景的绿色能源之路。
不过,水解制氢也面临不小的挑战。其中,析氧反应便是制约其效率提升的“绊脚石”。析氧反应涉及一系列复杂且缓慢的电子转移步骤,极大地降低了水分解过程的效率,进而影响其成本效益。鉴于此,科学家正积极探索加快析氧反应的新方法。
最新研究中,科学家设计出了一种由铑、硅、锡和铋等多种元素组成的拓扑手性晶体。这些晶体的原子具有独特的左旋或右旋排列结构,使其能以特定方式与光和其他手性分子相互作用。而且,这一晶体的独特组成能高效地操控晶体内电子的自旋,使电子在水分解过程中更快速地“奔赴”氧气生成位点。
电子转移速度的加快显著提高了整体反应速率。与利用传统催化剂相比,新催化剂的加入将水分解过程的效率提高了200倍。但目前研制出的催化剂仍然含有稀有元素,未来将很快推出高效且可持续的催化剂。