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石墨烯特殊結構有助實現安全儲氫

發布時間:2017.10.14

        近日,中國科學技術大學科研團隊的一項研究顯示,利用石墨烯材料做“容器”,采用類似“三明治”的結構,有望解決高儲氫率下的安全儲氫以及低成本收集氫氣兩方面問題,從而促成氫氣燃料電池的發展。

        日常使用的干電池、蓄電池是一種儲能裝置,是把電能貯存起來,需要時再釋放出來;而氫燃料電池嚴格地說是一種把化學能直接轉化為電能的發電裝置。在氫燃料電池中,燃料和空氣分別送進燃料電池,電就被生產出來。它從外表上看有正負極和電解質等,像一個蓄電池,但實質上它不能“儲電”而是一個“發電廠”。

        高效的氫氣儲存是燃料電池進行廣泛商業應用的一個條件。但是現在多數的氫氣儲存方法,包括壓縮、液化、金屬氧化物,都難以達到完全取代化石燃料的最低標準。

        針對上述問題,中科大的研究者們發現:石墨烯能夠隔絕所有氣體和液體,卻允許質子通過。利用這一大自然給質子開的“方便之門”,研究者們設計了一種“三明治”結構,將碳氮材料夾在兩層石墨烯中。

        這種夾心的“三明治”結構可以同時吸收紫外光和可見光,利用源源不斷的太陽光能產生正負電荷,將帶有能量的正負電荷迅速分離,并分別跑到外層石墨烯和碳氮夾心層,充分施展出二者各自的能力:石墨烯表面的水分子在正電荷的幫助下分解,產生質子——這些質子可穿透石墨烯,遇到電子后反應產生氫氣。由于只有質子能夠通過石墨烯,產生的氫氣不能穿透石墨烯,光解水產生的氫氣分子被安全地保留在三明治復合體系內。同時,氧原子、氧氣、羥基等物質無法進入復合體系,從而抑制了氧與氫重新變為水的逆反應發生,實現了高儲氫率下的安全儲氫。

        這一發現為實現太陽能裂解水轉換為氫能創造了可能,并有助于氫能的大規模應用。或許在不久的將來,我們就能看見石墨烯“三明治”帶來的能源革命。


(編輯:杜磊)

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