借助陽光從水中分離出氫氣是一種非常有前景、潛在的可再生能源生產(chǎn)渠道。瑞典林雪平大學(xué)（LiU）的研究人員日前開發(fā)出了一種新材料——納米多孔立方碳化硅，它表現(xiàn)出很有前景的特性，可以捕獲太陽能，并將水分解以生產(chǎn)氫氣。

林雪平大學(xué)物理、化學(xué)和生物系高級講師Jianwu Sun表示：“需要新的可持續(xù)能源系統(tǒng)來應(yīng)對全球能源和環(huán)境挑戰(zhàn)，例如不斷增加的二氧化碳排放和氣候變化。”他領(lǐng)導(dǎo)的這項新研究已經(jīng)發(fā)表在了著名科學(xué)期刊《ACS納米》（ACS Nano）上。

據(jù)悉，氫的能量密度是汽油的三倍。它可以用于燃料電池來發(fā)電，而且以氫氣為燃料的汽車已經(jīng)在市場上銷售。當(dāng)氫氣被用于生產(chǎn)能源時，唯一生成的產(chǎn)物是純水。

然而，相比之下，生產(chǎn)氫氣時會產(chǎn)生二氧化碳，因為目前最常用的技術(shù)在這個過程中依賴于化石燃料。因此，每生產(chǎn)1噸氫氣，就會排放9-12噸的二氧化碳。

顯然，利用太陽能分解水分子生產(chǎn)氫氣是一種可持續(xù)的方法，可以利用可再生資源生產(chǎn)氫氣，而不會導(dǎo)致二氧化碳排放。這種方法的一個主要優(yōu)點是可以將太陽能轉(zhuǎn)化為可以儲存的燃料。

“傳統(tǒng)的太陽能電池在白天產(chǎn)生能量，這些能量必須立即使用，或者儲存在電池中。氫是一種很有前途的能源，它可以像汽油和柴油這樣的傳統(tǒng)燃料一樣被儲存和運輸。”Sun補充說。

然而，利用陽光中的能量來分解水產(chǎn)生氫氣并不是一件容易的事情。為了成功實現(xiàn)這一目標(biāo)，必須找到成本效益高的材料，這些材料必須具有正確的反應(yīng)特性，在這個反應(yīng)中，水（H2O）通過光解被分解成氫氣（H2）和氧氣（O2）。

陽光中可以用來分解水的能量主要以紫外線輻射和可見光的形式存在。因此，需要一種能有效吸收這種輻射的材料來產(chǎn)生能分離的電荷，并有足夠的能量將水分子分解成氫氣和氧氣氣體。

到目前為止，被研究的大多數(shù)材料要么在利用可見光的能量方面效率低下（例如二氧化鈦TiO2，只吸收紫外線），要么不具備將水分裂為氫氣所需的特性（例如硅Si）。

此次，該研究小組研發(fā)出了新型材料3C-SiC。該材料是一種具有許多極小孔隙的立方碳化硅，具有很好的特性，表明它可以用來利用太陽光從水中生產(chǎn)氫氣。

研究人員發(fā)現(xiàn)，這種新的多孔材料可以有效地捕獲和收集紫外線和大部分可見光。此外，多孔結(jié)構(gòu)促進(jìn)了具有所需能量的電荷的分離，而小孔給予了較大的活性表面積。這增強了電荷轉(zhuǎn)移，增加了反應(yīng)點的數(shù)量，從而進(jìn)一步提高了水分離的效率。

Sun表示，“我們的主要研究結(jié)果是，納米多孔立方碳化硅具有更高的電荷分離效率，這使得水分解成氫氣比使用平面碳化硅要好得多。”