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铁锈也可以帮助制氢?不仅便宜、制氢量还提高 25 倍

2024-11-05 204


氢燃料电池不会排放任何废气、只会产生干净的纯水,日本、韩国、丹麦等国纷纷把氢能视为未来的重要绿色能源,同时也一直在寻找经济永续的制造氢气方法,而现在日本科学家透过“铁锈”,研发出低成本、高效率光催化制氢解决方案。

为了实现氢能社会,科学家目前正绞尽脑汁找出便宜、经济又环保的制氢方式,目前人们大多都用水蒸气或天然气蒸气重组反应合成氢气,但过程也会产生二氧化碳,不怎么环保;另一种方法则是电解水制氢,人们可运用再生能源电力与该技术来分解水,进而制造氢气与氧气,只是耗能又不省水,基本上只有 5% 氢气来自电解水制氢。

而在 1970 年代则有科学家研发出光催化制氢,透过二氧化钛(TiO2)光催化剂让阳光、紫外光来分解水并制造氢、氧,最后再将氢气用于燃料电池,只是二氧化钛制氢量往往不高,若要提高效率,得采用钌、白金与镉等或昂贵或具有毒性的金属,种种缘由下,目前氢能尚未成为热门能源。

不过现在东京理科大学已经找到相较之下超级便宜的光催化剂材料:针铁矿(α-FeOOH)。

(Source:Rob Lavinsky, iRocks.com – CC-BY-SA-3.0 / CC BY-SA)

针铁矿是常见的铁氧化物,颜色为黄棕、暗棕色,具有漂亮彩虹金属光泽的七彩针铁矿则是金瓜石矿区代表性矿物之一,而针铁矿也是炼铁重要原料,不仅来源广泛、市场也不陌生。团队首先在容器中准备水、甲醇与光催化剂针铁矿,最后再用氙气灯照射针铁矿,再观察氢气与产业的产量,东京理科大学研究指出,制氢量不仅是二氧化钛版本的 25 倍、可连续 400 小时制氢,针铁矿还可以阻止容器中的氢气与氧气再耦合( re-coupling),进而降低爆炸危机。

氢气跟天然气一样,也会因为外泄而发生爆炸,且氢气无色无味,又能自燃,会产生高温但没有颜色的火焰,氢气在空气中的体积浓度在 4.0%~75.6% 之间时,遇火源就会爆炸,就像去年 5 月韩国江陵市氢气工厂储氢罐也发生死亡爆炸意外,专家调查后发现,氢气罐外泄、最后接触火源引起爆炸。

团队接下来也会开始研究氧气与针铁矿的相互反应,他们发现移除氧气后,反应就会完全停止。目前研究已发表在《Chemistry: A European Journal》。

  • Rust and light combine for a 25x boost in hydrogen production
  • Motley crew: Rust and light a possible answer to the conundrum of hydrogen fuel production

(首图来源:Flickr/Zero Emission Resource Organisation CC BY 2.0)

2020-03-07 01:13:00

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