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美國(guó)科技部(DST)周三表示，一個(gè)科學(xué)家團(tuán)隊(duì)首次開(kāi)發(fā)出了一種利用陽(yáng)光和水等可持續(xù)資源生產(chǎn)大量氫氣的反應(yīng)堆，這是一種成本效益高、可持續(xù)的過(guò)程。
該公司在一份聲明中表示，使用光催化劑(懸浮粉末)的大型原型反應(yīng)器的開(kāi)發(fā)，以及這些反應(yīng)器在大規(guī)模氫生產(chǎn)中的成功應(yīng)用，正在進(jìn)行中。
印度總理納倫德拉·莫迪(Narendra Modi)在獨(dú)立日講話(huà)中宣布啟動(dòng)國(guó)家氫能任務(wù)，以加速利用可再生能源生產(chǎn)無(wú)碳燃料的計(jì)劃，并為印度設(shè)定了到2047年實(shí)現(xiàn)能源自給自足的目標(biāo)。印度已經(jīng)設(shè)定了到2030年可再生能源達(dá)到450吉瓦的目標(biāo)。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，研究人員正在努力尋找可持續(xù)的、碳足跡有限的可再生能源解決方案。
實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)最經(jīng)濟(jì)的方法之一是通過(guò)光催化水裂解大規(guī)模生產(chǎn)氫。這是對(duì)不斷增長(zhǎng)的可再生能源需求的長(zhǎng)期持久的解決方案，也是一種低成本的經(jīng)濟(jì)過(guò)程，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看將有利于社會(huì)。
因此，科學(xué)家為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)作出重大努力是極其必要的，也是當(dāng)務(wù)之急。
在這個(gè)方向上，Kamalakannan Kailasam博士和他的團(tuán)隊(duì)，包括來(lái)自納米科學(xué)技術(shù)研究所(INST)的Ashok K Ganguli教授、Vivek Bagchi博士、Sanyasinaidu Boddu博士、Prakash P N博士和Menaka Jha博士，Mohali已經(jīng)開(kāi)發(fā)了一個(gè)原型反應(yīng)堆，在自然陽(yáng)光下運(yùn)行，可以更大規(guī)模地生產(chǎn)氫氣(8小時(shí)大約6.1升)。
他們使用了一種地球上豐富的化學(xué)物質(zhì)——碳氮化合物作為催化劑。許多研究人員使用復(fù)合金屬氧化物、氮化物或硫化物等非均相體系進(jìn)行了多次嘗試，但大量復(fù)制氫是非常困難的。
該研究所的團(tuán)隊(duì)在碳氮化物中使用了低成本的有機(jī)半導(dǎo)體，這種半導(dǎo)體可以用更便宜的前體如尿素和三聚氰胺輕松地在一公斤量級(jí)上制備。當(dāng)陽(yáng)光照射到這種半導(dǎo)體上時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生電子和空穴。
電子減少質(zhì)子產(chǎn)生氫，空穴被一些稱(chēng)為犧牲劑的化學(xué)藥劑所消耗。如果空穴沒(méi)有被消耗掉，它們就會(huì)與電子重新結(jié)合。這項(xiàng)工作得到了DST Nano Mission NATDP項(xiàng)目的支持，相關(guān)文章最近發(fā)表在《清潔生產(chǎn)雜志》上。該團(tuán)隊(duì)正在為這項(xiàng)技術(shù)申請(qǐng)專(zhuān)利。該研究所的研究小組已經(jīng)在光催化水分解產(chǎn)生氫這一領(lǐng)域工作了很長(zhǎng)時(shí)間。
“能源危機(jī)和不斷威脅的氣候危機(jī)敦促我們研究這種通過(guò)光催化分解水來(lái)生產(chǎn)氫的有前途的方法。碳氮化物中含有不同有機(jī)基團(tuán)的穩(wěn)定性和化學(xué)靈活性促使我們研究這些具有成本效益的有機(jī)半導(dǎo)體材料，以實(shí)現(xiàn)可持續(xù)的氫生產(chǎn)?！盞amalakannan博士說(shuō)。
INST團(tuán)隊(duì)從實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的過(guò)程開(kāi)始，通過(guò)一個(gè)大型原型反應(yīng)器開(kāi)發(fā)光催化劑和生產(chǎn)氫氣。該團(tuán)隊(duì)正在優(yōu)化有效日照時(shí)間下的氫氣生產(chǎn)，除了氫氣的純度，水分陷阱和氣體分離膜，以便與燃料電池連接。
以這種方式產(chǎn)生的氫可以用于多種形式，比如在偏遠(yuǎn)部落地區(qū)通過(guò)燃料電池發(fā)電、氫爐和為小型設(shè)備供電，等等。最終，它們可以為變壓器和電動(dòng)汽車(chē)供電，這是長(zhǎng)期研究的目標(biāo)，目前正在進(jìn)行中。
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