科学家从乙醇和阳光中产生氢气作为能源

2019-04-12 15:58:25
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来自加泰罗尼亚大学,阿伯丁大学(苏格兰)和奥克兰大学(新西兰)的一组研究人员利用乙醇和阳光产生氢气作为能源。

该研究的结果发表在Nature Chemistry上。

能源技术研究所所长兼加泰罗尼亚政治大学纳米工程研究中心研究员Jordi Llorca是该研究的作者之一,该研究代表了使用氢作为化石燃料替代品的重要一步。在该研究的框架内,创建了一种完全可扩展的粉末光催化剂,使得氢气生产过程在环境温度和压力下更简单,更便宜。

将固体光催化剂置于具有乙醇的容器中并通过搅拌暴露于紫外光下,模拟太阳光谱中最高能量的部分。该装置包含二氧化钛半导体,其与太阳光接触产生由金属金纳米颗粒捕获的电子,其与醇分子反应产生氢。根据Llorca的说法,半导体的结构和与纳米粒子的接触是光催化剂设计的关键特征。

产生的氢气和能量取决于所用催化剂的量和暴露于太阳辐射的面积。研究人员在一分钟内每千克催化剂产生高达5升的氢气。如果将9kg催化剂放入乙醇罐中并暴露在阳光下并且产生的氢气用于为燃料电池供电,则将获得3kW的电力,其量与家庭中使用的量相似。

Llorca计划设计具有实际应用的反应堆,例如为家庭提供电力,他认为这是将氢气作为能源载体并逐渐获得化石燃料独立的重要一步。与电相比,氢的一个优点是它可以储存。

基于可再生资源的经济工艺迄今为止,太阳能生成的氢技术在很大程度上依赖于水。然而,尽管水便宜且丰富,但这些技术的效果很差,而且它们所需的材料也很昂贵。作为替代方案,研究人员建议使用乙醇,这是一种可再生和经济的资源,很容易从农业和森林废物中获得(100克葡萄糖产生约50克乙醇)。

与使用水的技术中使用的材料相比,光催化剂也更便宜且更简单,因为它使用非常小的金颗粒,尺寸范围为2至12纳米(1米= 1百万纳米)。当氧化钛(用作支撑基底)与太阳光接触时,这些纳米颗粒捕获产生的自由电子。

在基于太阳能的过程中,该团队还发现,金纳米粒子的大小对氢的产生没有影响,这与催化剂粉末必须加热到反应温度的更广泛的过程中发生的情况不同。 (通常超过500ºC)因此会产生能源成本。此外,催化剂更耐用,因为它在环境温度和压力下工作。

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