科学家研发新型材料3C-SiC 可高效的从水中提取氢能源

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可再生能源的一个潜在能源就是在太阳光的帮助下，从水中分离出氢气。来自瑞典林雪平大学的研究人员近日开发出了一种新材料--纳米多孔立方碳化硅，它表现出捕捉太阳能和分割水以生产氢气的良好特性。

林雪平大学物理、化学和生物系高级讲师孙建武（Jianwu Sun，音译）表示：“需要新的可持续能源系统来应对全球能源和环境挑战，例如不断增加的二氧化碳排放和气候变化”。他领导的这项新研究已经发表在 ACS Nano 杂志上。

氢气的能量密度是汽油的三倍。它可以使用燃料电池发电，而且以氢气为燃料的汽车已经在市场上销售。当氢气被用于生产能源时，形成的唯一产品是纯水。而在生产氢气的时候，会产生二氧化碳，因为今天最常用的技术在生产过程中依赖于化石燃料。因此，当生产 1 吨氢气时，会排放 9-12 吨的二氧化碳。

借助太阳能分裂水分子来生产氢气是一种可持续的方法，可以利用可再生资源获得氢气，而不会导致二氧化碳排放。这种方法的一个主要优点是可以将太阳能转化为可以储存的燃料。

孙建武表示：“传统的太阳能电池在白天产生能量，而这些能量必须立即使用，或者储存在电池中。氢气是一种有前途的能源，它可以像汽油和柴油等传统燃料一样被储存和运输”。

然而，利用阳光中的能量分裂水以产生氢气并不是一件容易的事。要想成功，就必须找到具有成本效益的材料，这些材料具有正确的反应特性，在这个反应中，水（H2O）通过光解被分割成氢气（H2）和氧气（O2）。

太阳光中可用于分裂水的能量主要是以紫外线辐射和可见光的形式存在。因此，需要一种能够有效吸收这种辐射的材料，以产生能够分离的电荷，并有足够的能量将水分子分裂成氢气和氧气气体。

到目前为止，被研究的大多数材料要么在利用可见光的能量方面效率低下（例如二氧化钛，TiO2，只吸收紫外线），要么不具备将水分裂为氢气所需的特性（例如硅，Si）。

科研团队研发出了新型材料 3C-SiC。科学家们已经生产出一种具有许多极小孔隙的立方碳化硅的形式。这种材料，他们称之为纳米多孔3C-SiC，具有很好的特性，表明它可以用来利用太阳光从水中生产氢气。

研究人员在报告中表明，这种新的多孔材料可以有效地捕获和收集紫外线和大部分可见光。此外，多孔结构促进了具有所需能量的电荷的分离，而小孔给予了较大的活性表面积。这增强了电荷转移，增加了反应点的数量，从而进一步提高了水分离的效率。