更節(jié)能的光電化學(xué)催化電解水制綠氫的方法

水的分解過(guò)程在太陽(yáng)能的幫助下進(jìn)行，從而降低了打破水分子中的化學(xué)鍵以生成氫和氧所需的電能。

以色列的本-古里安大學(xué)和以色列理工學(xué)院的研究人員研究找到了一個(gè)新的途徑，可以加快水的催化分解過(guò)程，這將大大降低投資的電能成本。

水的分解過(guò)程是由太陽(yáng)能輔助的，這在科學(xué)上被稱(chēng)為光電化學(xué)，并降低了打破水分子中的化學(xué)鍵以生成氫和氧所需的電能。析氧——通常從水中通過(guò)化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生分子氧的過(guò)程——需要轉(zhuǎn)移四個(gè)電子來(lái)生成一個(gè)氧分子，然后加入兩個(gè)氫分子來(lái)生成水。

水中的氧氣是通過(guò)氧光合作用進(jìn)行的，這涉及到水的電解和各種氧化物的熱分解。這個(gè)生物過(guò)程支持有氧生命。當(dāng)工業(yè)上需要相對(duì)純凈的氧氣時(shí)，通過(guò)蒸餾液化空氣來(lái)分離它。

根據(jù)目前的模型，這些電子在原子反應(yīng)位點(diǎn)上按四步順序一個(gè)接一個(gè)移動(dòng)，這使得化學(xué)反應(yīng)在能量上非常困難。

然而，項(xiàng)目研究團(tuán)隊(duì)在理論和實(shí)驗(yàn)上都展示了一種新的范式，即兩個(gè)電子可以同時(shí)在不同的反應(yīng)位點(diǎn)轉(zhuǎn)移，從而減少氧氣生成的能量障礙。最初，他們對(duì)不符合現(xiàn)有范式的實(shí)驗(yàn)感到不可思議，所以研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)始尋找一種不同的技術(shù)。

他們的研究結(jié)果發(fā)表在《能源與環(huán)境科學(xué)》期刊上，題為《赤鐵礦光陽(yáng)極中的平行水光氧化反應(yīng)途徑：對(duì)太陽(yáng)能燃料生產(chǎn)的影響》(“Parallel water photo-oxidation reaction pathways in hematite photoanodes: implications for solar fuel production.”)。

研究人員認(rèn)為：“我們的研究改變了科學(xué)界對(duì)析氧催化機(jī)制的普遍認(rèn)識(shí)，析氧催化是一個(gè)核心和重要的反應(yīng)，它是從水中制氫的瓶頸。通過(guò)結(jié)合兩個(gè)不同領(lǐng)域的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，我們證明了催化反應(yīng)比人們想象的要復(fù)雜得多，我們希望這一新的認(rèn)識(shí)將導(dǎo)致在材料開(kāi)發(fā)和從可再生資源中制造清潔燃料的新工藝方面取得更多突破，以促進(jìn)向凈零排放的過(guò)渡。”