石墨烯解決了光解水制氫的難題

石墨烯解決了光解水制氫的難題

據(jù)中國(guó)科技大學(xué)記者吳長(zhǎng)峰介紹，合肥國(guó)家微尺度材料科學(xué)實(shí)驗(yàn)室羅毅教授領(lǐng)導(dǎo)的研究小組，通過(guò)第一原理計(jì)算，提出了第一個(gè)利用光解水制氫和儲(chǔ)氫的集成材料系統(tǒng)設(shè)計(jì)。該方案具有成本低、通用性強(qiáng)、儲(chǔ)氫安全等優(yōu)點(diǎn)。相關(guān)成果最近在《資子》上發(fā)表，但在時(shí)事通訊上發(fā)表。

氫經(jīng)濟(jì)是20世紀(jì)70年代提出的一項(xiàng)完美的可持續(xù)能源計(jì)劃，它利用無(wú)盡的陽(yáng)光將水轉(zhuǎn)化為氫和氧。

針對(duì)光解水制氫過(guò)程中嚴(yán)重的不良反應(yīng)和氫氣難以分離、儲(chǔ)存的問(wèn)題，研究人員受到了以往研究工作的啟發(fā)：石墨烯可以分離出所有的氣體和液體，但它可以打開質(zhì)子網(wǎng)絡(luò)的一側(cè)并釋放出大量的氫。設(shè)計(jì)了一種由二維碳氮材料和石墨烯基材料構(gòu)成的夾層結(jié)構(gòu)。

在這種夾心體系中，碳和氮材料被兩個(gè)官能團(tuán)修飾成石墨烯，第一原理計(jì)算表明，激子是由太陽(yáng)能產(chǎn)生的，光激子被迅速分離成高能電子和空穴，它們?cè)谔己偷虚g和G之間分別遷移。外層為拉斐。吸附在石墨烯基材料活性部位的水分子借助發(fā)光孔破裂產(chǎn)生質(zhì)子。這些質(zhì)子由碳氮材料上的內(nèi)置靜電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)。它們可以穿透石墨烯材料，移動(dòng)到內(nèi)部二維碳氮材料，并與電子反應(yīng)生成氫。

由于石墨烯只釋放出氫原子（質(zhì)子），而光分解水所產(chǎn)生的氫不能穿透石墨烯材料，因此光分解水所產(chǎn)生的氫分子將被安全地保留在夾層復(fù)合體系中，從而抑制了逆反應(yīng)的發(fā)生，實(shí)現(xiàn)了在高溫下的安全儲(chǔ)氫。貯氫速率。

以較低的成本巧妙地抑制了光解水制氫的逆反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了氫氣的有效凈化，解決了氫氣大規(guī)模應(yīng)用中氫氣分離和安全儲(chǔ)運(yùn)兩大難題，打開了重啟的大門。氫經(jīng)濟(jì)時(shí)代。

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