隨著全球各國積極推進交通脫碳進程，氫氣在電池應用受限的領域成為關鍵競爭者。尤其在重型車輛、長途卡車、船舶和飛機等交通工具上，氫能展現(xiàn)出巨大潛力。
▲該材料捕獲陽光并利用其能量通過水分解產生氫氣。林雪平大學/Olov Planthaber
瑞典林雪平大學(LiU)副教授孫建武指出，乘用車可配備電池，但重型卡車、輪船或飛機難以用電池儲存能量，對于這些交通工具，需要尋找清潔可再生能源，氫能便是良好選擇。
孫建武及其團隊正致力于開發(fā)一種僅利用陽光就能從水中生產氫氣的材料，這種“綠色”氫氣有望為運輸部門提供動力，彌補電池系統(tǒng)在這些領域的不足。
林雪平大學團隊的最新研究引入了一種新材料，可大幅提高太陽能制氫產量。研究人員構建了層狀結構，結合立方碳化硅、氧化鈷和一層氫氧化鎳催化劑層。孫教授表示，研究目標是分析每一層的作用，“這是一個非常復雜的結構，所以研究重點是了解每一層的功能，以及它們如何幫助改善材料性能”。
▲用于生產氫燃料的三層太陽能材料的特寫，其中一滴水突出了其反應表面。圖片來源：林雪平大學/Olov Planthaber
當這種材料暴露在陽光下時，會產生電荷，將水分解成氫和氧。不過，這類系統(tǒng)面臨的主要障礙是電荷復合，即正負電荷在觸發(fā)反應前相互抵消。而該團隊通過整合三層結構，實現(xiàn)了更好的電荷分離，研究團隊報告稱，與單獨使用3C-SiC相比，其性能提高了八倍。
目前，市場上幾乎所有的氫氣都是使用化石燃料生產的“灰氫”，每噸“灰氫”最多可排放10噸二氧化碳，這削弱了其作為清潔燃料的地位。相比之下，“綠色”氫能利用可再生電力進行水分解，但即使這種方法，也常依賴陽光直射以外的能源。孫建武團隊旨在減少這種依賴，僅使用太陽能驅動反應，以降低成本并消除反應過程中的碳排放。
盡管前景光明，但該技術尚未實現(xiàn)商業(yè)化。目前大多數(shù)用于太陽能水分解的材料效率僅為1-3%，而要使“綠色”氫能規(guī)模化，材料效率必須達到至少10%。孫建武相信這一目標可以實現(xiàn)，他表示研究團隊可能需要大約5到10年的時間才能開發(fā)出達到這一效率的材料。
達到這一基準將標志著氫能經濟的一個轉折點，使低成本、無碳氫能的規(guī)模足以支持工業(yè)用途和運輸。若成功，孫教授團隊開發(fā)的這種層狀材料將成為未來幾十年清潔燃料基礎設施的基石。該研究結果已發(fā)表在《美國化學會志》上。
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