能源行业的颠覆者：利用铁锈和有机废物生产氢燃料

时间：2022-03-28 16:25:04 来源：

拟定一种从有机废物中制氢的新型高效方法。

科学家们发现了一种新的，有效的方法，即使用一种从锈蚀中衍生出来的催化剂，从有机废液中生产氢。

在当今关于气候变化，污染和资源减少的叙述中，一种燃料可能会改变能源行业的游戏规则：氢。当在内燃机或发电厂中燃烧时，氢燃料仅产生水，使其比我们目前的化石燃料更加清洁。由于没有有毒气体的产生，对气候变化的贡献，也没有雾霾，氢可能是未来更清洁能源的答案，那么为什么它没有得到更广泛的使用呢？

有两个原因。首先，氢气极易燃烧，并且很容易从储罐泄漏，从而在存储和运输过程中引起潜在的爆炸危险。其次，尽管纯氢自然存在于地球上，但发现其数量不足以实现具有成本效益的利用。氢原子必须从甲烷或水等分子中提取，这需要大量能量。尽管存在几种生产氢燃料的技术，但科学家们尚未使这一过程“足够有效”，以使氢成为能源市场上具有商业竞争力的燃料。在实现这一目标之前，化石燃料可能将继续主导该行业。

数十年来，科学家一直在努力以廉价，高效和安全的方式生产氢燃料。实现这一目标的最有前途的方法之一是通过太阳能驱动的过程，利用光来加速（或“催化”）将水分子分解为氧气和氢气的反应。1970年代，两位科学家描述了本田-藤岛效应，该效应使用二氧化钛作为制氢的光催化剂。在这项研究的基础上，由东京理科大学的Ken-ichi Katsumata教授领导的一组日本研究人员试图使用一种更便宜，更容易获得的半导体催化剂来进行该反应，以期进一步提高其效率，从而降低反应效率。氢燃料的生产成本和安全性。他们的研究发表在《化学》杂志上：《欧洲杂志》指出，通过使用一种名为-FeOOH的锈α蚀形式，在相同的光照下，Hg-Xe灯照射下产生的氢气可以比二氧化钛催化剂高25倍。

Katsumata教授及其同事进行的实验旨在解决在太阳能驱动的氢气生产中使用半导体催化剂遇到的常见挑战。作者描述了三个主要障碍。首先是需要催化剂材料适合使用光能。第二个是目前使用的大多数光催化剂需要稀有或“贵金属”作为助催化剂，它们昂贵且难以获得。最后一个问题来自实际产生的氢气和氧气。如果不立即分离，则这两种气体的混合物最多会减少氢燃料的输出，最坏的情况是会引起爆炸。因此，他们旨在寻找一种解决方案，该解决方案不仅可以提高反应效率，而且还可以成功地防止氢和氧重新耦合并造成潜在危害。

研究小组在-FeOOH（或铁锈）中确定了一种α有前途的候选催化剂，并进行了一项实验，以评估其生产氢气的效率以及激活该催化剂的最佳实验条件。Katsumata教授指出：“使用这种催化剂产生氢，我们真的感到惊讶，因为不知道大多数氧化铁都能还原为氢。随后，我们搜索了激活-FeOOH的条件α，发现氧气是必不可少的因素，这是第二个惊喜，因为许多研究表明氧气通过捕获激发的电子来抑制氢的产生。”研究小组使用“气相色谱-质谱法”证实了水-甲醇溶液中氢气的产生机α理，表明-FeOOH的活性是先前研究中使用的二氧化钛催化剂的25倍，从而支持了稳定的氢气生产。超过400小时！

将需要更多的研究来优化此过程。Katsumata教授阐述：“氧在激活光诱导的-FeOOH中的α特定功能尚未公开。因此，探索该机制是下一个挑战。”目前，Katsumata和他的同事的这些发现代表了清洁，零排放能源生产的新进展，这对于未来的可持续社会至关重要！

参考：山田哲也，铃木铃弘，中α田和也，中岛千明，松下信弘，冈田清，藤岛明博士和片田健一博士撰写的“光诱导的FeOOH结合光还原制氢系统”，化学：2019年11月8日，化学：欧洲期刊。DOI：
10.1002 / chem.201903642

这项研究于2020年2月21日发行最终出版物之前，于2019年11月在线提供。

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