液態(tài)鎵利用陽光從海水中制取清潔氫氣

液態(tài)鎵利用陽光從海水中提取氫氣，提供了一條可循環(huán)且可擴展的綠色燃料路徑。

悉尼大學的研究人員開發(fā)出一種利用液態(tài)金屬、以陽光為驅(qū)動，從淡水和海水中生產(chǎn)清潔氫氣的方法。該工藝避免了綠色氫氣生產(chǎn)中長期存在的若干障礙，包括對純凈水和大量能源投入的需求。該技術(shù)依賴于低熔點的液態(tài)鎵金屬，在光照下直接分解水來獲取氫氣。

通過利用陽光或人工光源，該方法無需外部電力或復雜基礎(chǔ)設施即可生產(chǎn)氫氣。氫氣長期以來一直被視為交通、能源、制造及農(nóng)業(yè)等多個領(lǐng)域極具前景的清潔燃料。然而，大規(guī)模生產(chǎn)綠色氫氣仍然成本高昂且效率低下，這主要是由于分解水分子所需能量巨大以及對純凈水源的依賴。這項新方法使得從包括海水在內(nèi)的易得水源中獲取氫氣成為可能，同時保持了有競爭力的效率。

該研究的第一作者、博士生路易斯·坎波斯表示："我們現(xiàn)在有一種利用海水提取可持續(xù)氫氣的方法，海水容易獲取，且生產(chǎn)過程僅依賴光照。"

陽光與液態(tài)金屬相遇

該系統(tǒng)的核心是鎵，一種略高于室溫即熔化的金屬。當鎵顆粒懸浮在水中并暴露在光照下時，其表面會發(fā)生反應，釋放出氫氣。金屬與水反應生成羥基氧化鎵，同時釋放氫分子。

該研究的資深研究員、來自化學與生物分子工程學院的庫羅什·卡蘭塔爾-扎德赫教授表示，這項工作展示了液態(tài)金屬尚未開發(fā)的化學潛力。"就首次概念驗證而言，我們認為這項技術(shù)的效率極具競爭力，"他說。該團隊實現(xiàn)了最高12.9%的效率，目前正致力于提升效率以適用于商業(yè)用途。

與電解等傳統(tǒng)的水分解方法不同，這種基于鎵的工藝不需要純凈水或昂貴的催化劑。它既可以使用淡水，也可以使用海水，從而降低了成本和復雜性。這使得該系統(tǒng)在大規(guī)模部署方面具有吸引力，尤其是在沿海或水資源稀缺的地區(qū)。

該工藝還具有循環(huán)性。氫氣釋放后，反應過程中形成的羥基氧化鎵可以轉(zhuǎn)化回鎵并重復使用。"在我們提取氫氣后，羥基氧化鎵也可以被還原回鎵，用于未來的氫氣生產(chǎn)，我們稱之為循環(huán)工藝，"卡蘭塔爾-扎德赫教授說。

為可擴展制氫而設計

研究人員指出，盡管液態(tài)鎵具有不尋常的特性，卻很少被用于氫氣生產(chǎn)的研究。在室溫下，它呈固態(tài)，但在接近人體溫度時熔化。在水中和光照下，它通常不活躍的表面開始氧化，從而引發(fā)氫氣釋放。

"鎵作為一種在與水接觸時能高速率生產(chǎn)氫氣的方式，之前從未被探索過——這樣一個簡單的現(xiàn)象以前被忽略了，"卡蘭塔爾-扎德赫教授說。

該項目共同負責人弗朗索瓦·阿利烏博士強調(diào)了這項工作的更廣泛意義，他說："氫氣為可持續(xù)未來提供了一種清潔能源解決方案，并可能在澳大利亞的氫能經(jīng)濟中發(fā)揮關(guān)鍵性的國際優(yōu)勢。"

該團隊目前正致力于提高效率并建造中型反應器來測試實際性能。如果成功，這項技術(shù)將利用豐富的水和陽光，為綠色氫氣生產(chǎn)提供一條實用且可擴展的途徑。

這項研究發(fā)表在《自然·通訊》雜志上。

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