非凡的新催化剂片能廉价地从海水中分离出氢气

非凡的新催化剂片能廉价地从海水中分离出氢气澳大利亚巨大的可再生能源潜力和以出口为重点的经济使其有能力在国际上进行大批量竞争。但是，作为一个以沙漠为主要地貌的大陆，它也非常清楚水资源的短缺和将其土地的生命线运往海外的危险性。生产每公斤（2.2磅）氢气需要9升（2.4加仑）淡水，这是个坏兆头。用海水制造绿色氢气比用淡水更难，首先需要考虑腐蚀问题，然后是需要应对大量杂质和微生物，再者需要靠近可再生能源的沿海地区--对于像澳大利亚这样大且相对空旷的国家来说，这不是一个问题，但在其他地方绝对是一个因素。在某种程度上还需要考虑在完成盛产后将什么放回海洋中，是否创造了危险的盐度水平或将高浓度的有毒氯气排放回海洋环境中。但好处是相当巨大的：当使用海水时，不仅供水是几乎免费的，而且如果这些氢气在当地被燃烧或通过燃料电池运行，排放出的淡水过滤后还可以浇灌干旱的土地。因此，目前有很多团队正在研究从海水中产生绿色氢气的电解技术。早在12月，我们看了一个高效的中国设备，它利用蒸汽压差自发地从海水中蒸发出纯水，然后进行电解。几周前，另一个国际团队发现了一种标准电解器的表面处理方法，使其在海水中也能正常运行。而早在2021年，我们关注了沙特阿拉伯的一种非常令人兴奋的方法，它不仅可以捕获氢气，还可以捕获可销售的氯气和电池级磷酸锂，这将解决另一个全球问题，并且在这个过程中看起来是非常好的生意。上图：催化剂有望廉价且易于规模化生产。底部：电极上的氢进化反应（HER）和氧进化反应（OER）RMIT今天，澳大利亚皇家墨尔本理工大学的科学家们宣布了另一种具有巨大潜力的方法，即直接从海水中产生高效、低成本的绿色氢气，而不产生氯气。"使用海水的最大障碍是氯，它可以作为副产品产生。"刚刚发表在同行评议的Wiley杂志《Small》上的一篇论文的首席研究员NasirMahmood博士说。"如果我们不首先解决这个问题就满足世界上的氢气需求（使用海水），我们每年会产生2.4亿吨氯气--这是世界上氯气需求量的三到四倍。用氢气生产替代化石燃料制造的氢气是没有意义的，它可能会以不同的方式破坏我们的环境。我们的工艺不仅省略了二氧化碳，而且也没有氯的产生"。皇家墨尔本理工大学的设备使用了一种由氮掺杂的磷化镍（NiMo3P）片制成的新型催化剂。在每个片状层中都有大量孔隙，旨在加速催化活性和质量转移。透射电子显微镜显示氮掺杂的磷化钼镍的纳米级片材中的孔隙研究小组说，氮的掺入发挥了一些功能，包括增加导电性，优化电子密度和表面化学，以及在薄片中为水催化创造新的活性点。当氮与表面金属结合时产生的电负性有助于阻止不需要的离子和分子接触催化剂的表面，而表面上存在的磷酸盐、硫酸盐、硝酸盐和羟基离子则有助于阻挡胆碱并防止腐蚀。实验中，该团队发现这种催化剂表现出了出色的效率，并完全抑制了氯气的产生。"在碱性电解质和海水中，N-NiMo3P片表现出特殊的HER[氢进化反应]过电位值，在10mAcm-2时分别为23和35mV，"研究报告写道。此外，对于完全的水分离，在碱性电解质和海水中分别只需要1.52和1.55伏就可以达到10毫安厘米-2。这些特殊的结果表明，通过调节二维材料的结构和组成，可以从海水中产生低成本的氢气。""这些新的催化剂运行所需的能量非常少，可以在室温下使用，"Mahmood在一份新闻稿中介绍说，它们也应该是相对便宜的，并且容易在绿色氢气市场预计需要的巨大规模下生产。从左到右。MuhammadWaqasKhan博士、NasirMahmood博士和SurajLoomba先生，他们是皇家墨尔本理工大学从事这项研究的团队的成员。Muhammad说："为了真正实现可持续发展，我们使用的氢气在整个生产周期中必须是100%无碳的，而且不能削减世界上宝贵的淡水储备。我们直接从海水中生产氢气的方法是简单的、可扩展的，并且比目前市场上的任何绿色氢气方法更具成本效益。随着进一步的发展，我们希望这能推动在澳大利亚建立一个繁荣的绿色氢气产业"。随着研究的继续，该团队将转而扩大规模。下一步是建立一个运行这些催化剂片堆的原型电解器系统，以生产大量的氢气，并开始优化系统规模的效率。Mahmood认为，这项技术可以帮助实现澳大利亚政府的目标，即以2澳元/公斤（1.40美元/公斤）的价格生产绿色氢气，在这个水平上，它与使用化石燃料生产的肮脏氢气相比，具有成本竞争力。对于公司大量投资于大规模绿色氢气生产，他们需要知道他们可以做到有利可图，并与其他氢气和燃料来源竞争。让我们拭目以待，当然希望这些海水分离的创新在资产负债表上的效果和在实验室里的效果一样好。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1344291.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1344291.htm

革命性的发明将海水转化为氢气燃料

革命性的发明将海水转化为氢气燃料根据发表在《焦耳》杂志上的一篇新论文，能源部SLAC国家加速器实验室、斯坦福大学、俄勒冈大学和曼彻斯特城市大学的研究人员创造了一个可以安全地从海水中提取氢气的装置，使研究人员能够制造氢气燃料。该装置通过将海水注入一个漏斗系统，驱动它通过一个双膜过滤系统来制造相当于海水的燃料。这个系统还使用电力成功地从海水中提取氢气，有效地将其与我们海洋中的其他元素分离。这项新研究的结果表明，它可以帮助推进生产低碳燃料的新努力。海水燃料系统原理图图像来自NinaFujikawa/SLAC国家加速器实验室最大的亮点在于，该系统没有产生一堆有害的副产品，这是在其他系统中普遍遇到的情况。目前大多数的水到氢气系统都使用单层膜。然而，这一次研究人员将两层膜结合在一起，它显示了一种更好的方式来控制海水中的离子在实验中的移动方式，这使得它更加有效。能够利用海水制造氢气燃料将被证明是有用的，因为它是一种低碳燃料，目前被用来运行燃料电池电动汽车，甚至可以作为能源网的一个长期存储选项。以前制造氢气的尝试需要淡水或淡化水，虽然我们已经看到了成功的水淡化系统，但它的成本和能源密集度要高得多。这是因为在使用前净化水需要昂贵的系统，以及能源，甚至增加设备的复杂性，而能够使用海水制造氢气燃料的设备则不需要这些额外的部件。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1362945.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1362945.htm

酸性涂层将普通电解器转化为可以直接分离海水

酸性涂层将普通电解器转化为可以直接分离海水该团队说，一个典型的电解器催化剂可能是由氧化钴制成的，其表面有氧化铬。海水通常会通过氯离子的严重侵蚀破坏这些催化剂，或者不溶性的镁和钙的沉淀物将其污染，这些沉淀物会堆积并堵塞电极。但是，在催化剂上添加刘易斯酸层，似乎能够从海水中捕获足够的带负电荷的羟基阴离子，在催化剂周围产生一个pH值为14的强碱性环境，阻止氯离子对催化剂的攻击和电极上沉淀物的形成。研究人员表示，他们以近100%的效率将天然海水分成氧气和氢气，通过电解生产绿色氢气，在商业电解器中使用非贵重的廉价催化剂。使用催化剂在海水中运行的商业电解器的性能接近于在高度净化的去离子水原料中运行的铂/铱催化剂的性能。展望未来几十年，有两件事似乎很清楚：对绿色氢气的需求将非常大，而预计到2025年将影响世界三分之二人口的淡水缺乏问题将变得更加严重。但是，如果绿色氢气可以用海水大量制造，那么在任何地方使用，无论是在燃料电池中还是在燃烧过程中，它最终都会与氧气结合，并作为淡水释放回环境中，这同时也是一个具有清洁能源奖励的脱盐过程。该团队表示，它正在努力将这套电解器系统扩大到商业规模，并寻找工业伙伴将其投入生产。该论文发表在《自然-能源》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1342313.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1342313.htm

创新系统可扬长避短 将海水转化为氢燃料

创新系统可扬长避短将海水转化为氢燃料他们的创新设计被证明成功地产生了氢气，而同时没有产生大量的有害副产品。他们的研究结果最近发表在《焦耳》杂志上，可以帮助推进生产低碳燃料的努力。"今天许多水变氢系统试图使用单层或单层膜。我们的研究将两层膜结合在一起，"SLAC-斯坦福联合研究所SUNCAT界面科学和催化中心的副研究员AdamNielander说。"这些膜结构使我们能够在实验中控制海水中离子的移动方式。"氢气是一种低碳燃料，目前被用于许多方面，例如运行燃料电池电动汽车，以及作为一种长期的能源储存选择--一种适合储存几周、几个月或更长的能源，可用于电网。许多制造氢气的尝试从淡化水开始，但这些方法可能是昂贵的，而且是能源密集型的。处理过的水更容易操作，因为它有更少的化学元素漂浮在周围。然而，研究人员说，净化水过程是昂贵的，需要大量能源并增加了设备的复杂性。另一种选择，即天然淡水也包含一些对现代技术来说有问题的杂质，此外，它还是地球上一种比较有限的资源。为了使用海水，该团队实施了一个双极或两层的膜系统，并使用电解进行测试，这是一种利用电力驱动离子或带电元素来运行所需反应的方法。SLAC和斯坦福大学的博士后研究员JosephPerryman说，他们的设计从控制对海水系统最有害的元素--氯化物开始。Perryman说："海水中有许多活性物种可以干扰水到氢气的反应，而使海水变咸的氯化钠是主要的罪魁祸首之一。特别是，到达阳极并氧化的氯化物将减少电解系统的寿命，并且由于氧化产物的毒性，包括分子氯和漂白剂，实际上可能变得不安全。"实验中的双极膜允许进入制造氢气所需的条件，并减轻氯气进入反应中心的影响。理想的膜系统将执行三个主要功能：从海水中分离氢气和氧气；只帮助移动有用的氢气和氢氧根离子，同时限制其他海水离子；以及帮助防止不希望发生的反应。把这三者结合起来是很难的，该团队的研究目标是探索能够有效结合这三种需求的系统。具体到他们的实验中，质子，也就是正氢离子，通过其中一个膜层到达一个地方，在那里它们可以被收集，并通过与一个带负电的电极相互作用变成氢气。系统中的第二层膜只允许负离子，如氯化物，通过。斯坦福大学化学工程系研究生和共同作者DanielaMarin说，作为额外的后盾，一个膜层包含固定在膜上的带负电的基团，这使得其他带负电的离子，如氯化物，更难移动到它们不应该去的地方。事实证明，在该团队的实验中，带负电荷的膜能高效地阻挡几乎所有的氯离子，而且他们的系统在运行时不会产生漂白剂和氯气等有毒副产品。研究人员说，除了设计一个海水到氢气的膜系统外，这项研究还提供了一个关于海水离子如何通过膜移动的更好的一般理解。这些知识可以帮助科学家为其他应用设计更强大的膜，例如生产氧气。"对于使用电解法生产氧气也有一些兴趣，"Marin说。"了解我们的双极膜系统中的离子流和转换对于这项工作也是至关重要的。在我们的实验中生产氢气的同时，我们还展示了如何使用双极膜来产生氧气。"接下来，该团队计划通过使用更丰富和更容易开采的材料来改进他们的电极和膜。该团队说，这种设计改进可以使电解系统更容易扩展到为能源密集型活动（如交通部门）产生氢气所需的规模。研究人员还希望将他们的电解池带到SLAC的斯坦福同步辐射光源（SSRL），在那里他们可以利用该设施的强烈X射线研究催化剂和膜的原子结构。"绿色氢气技术的前景是光明的，"SLAC和斯坦福大学教授兼SUNCAT主任ThomasJaramillo说。"我们正在获得的基本见解是为未来创新提供信息的关键，以提高该技术的性能、耐久性和可扩展性。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1362511.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1362511.htm

研究发现高频声波可使电解装置多产生14倍的氢气

研究发现高频声波可使电解装置多产生14倍的氢气绿色氢气是通过电解产生的；利用可再生能源发出的电将水分子分解成氢气和氧气，吸引每种气体到不同的电极上，在那里氢气可以被捕获、压缩和储存。那么，为什么当RMIT团队播放10-MHz的声波时，这个过程的效果会好得多？根据刚刚发表在《先进能源材料》杂志上的一篇研究论文，有几个原因。首先，振动水具有"挫败"离电极最近的水分子的效果，将它们从它们倾向于定居的四面体网络中摇出来，这可以让更多的"自由"水分子可以与电极上的催化点接触。其次，由于独立的气体以气泡形式聚集在每个电极上，振动会将气泡震散。这加快了电解过程，因为这些气泡阻碍了电极与水的接触，限制了反应。与此同时，震动带来的声音还有助于产生氢离子（带正电的水离子），以及产生有助于质量转移的对流。在他们的实验中，研究人员选择使用通常表现相当差的电极。电解通常使用稀有和昂贵的铂或铱金属以及强酸或强碱的电解液，以获得最佳的反应速率，但皇家墨尔本理工大学的团队使用了更便宜的金电极和中性pH值的电解液。只要该团队打开声音振动，电流密度和反应速率就会跃升14倍之多。因此，只需要向电解装置投放一定数量的能量，就可以得到多14倍的氢气。这是一种水被更快、更容易地分成氢和氧的方法，对整体效率产生了令人印象深刻的影响。首席研究人员之一LeslieYeo教授说："通过我们的方法，我们可以潜在地提高转换效率，从而实现27%的净正能量节省。"在更快的反应、节能和成本更低的材料和电解质之间，该团队认为其工作可以帮助降低绿色氢气的价格。该研究在《先进能源材料》杂志上公开发表。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1335125.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1335125.htm

密歇根大学发明集中式光合作用装置 有望带来廉价的绿色氢气

密歇根大学发明集中式光合作用装置有望带来廉价的绿色氢气地球是一个以太阳能为动力的星球；地球上生命所需的绝大部分能量来自于太阳--而其中的很多能量，包括食物和化石燃料都是基于植物的光合作用的结果--将阳光、水和二氧化碳转化为氧气和糖类。光合作用的第一个化学步骤发生在使叶子呈现绿色的叶绿素中--这个步骤实际上是一个将水分离的操作，将H2O分解成氧气，释放到空气中，以及带正电荷的氢离子，这些氢离子驱动着整个过程的其余部分，最终使植物能够以碳水化合物的形式储存能量。进化在光合作用中提供了非凡的礼物，随着人类努力摆脱化石燃料的有害副作用，研究人员正在努力复制，甚至改进这第一步，希望开发出人工光合作用技术，一些人预测这将最终成为生产绿色氢气的最廉价方式，作为能源储存介质使用。密歇根大学电气和计算机工程系教授ZetianMi说："最终，我们相信人工光合作用设备将比自然光合作用更有效，这将提供一条通往碳中和的道路。"Mi和他的团队刚刚在《自然》杂志上发表了一篇论文，他们认为这是人工光合作用的一个重大飞跃。该团队展示了一种新的光催化分水半导体，它利用包括红外光谱在内的广泛的太阳光，以9%的效率分水--比其他同类设备几乎提高了10倍--而且它是一个微小的、相对实惠的设备，能随着时间的推移而改进而不是退化。该装置使用一个窗口大小的透镜来集中阳光进行测试BrendaAhearn/密歇根大学"与一些只在低光强度下工作的半导体相比，我们将半导体的尺寸缩小了100多倍，"电气和计算机工程的研究员、该研究的第一作者周鹏说。"由我们的技术生产的氢气可能非常便宜"。这项由麻省理工学院的独立半导体团队发明的新技术使用集中的太阳光--这是许多其他人工光合作用装置所没有的选择，因为高强度的光和高温往往会导致它们分解，但是一种由生长在硅表面的氮化镓铟纳米结构制成--不仅能极好地承受光和热，它实际上随着时间的推移提高了氢气生产效率。由生长在硅表面的氮化镓铟纳米结构制成的光催化剂表现出自愈特性，可以承受相当于160个太阳的集中阳光照射其他系统的目的是避免发热，而这个装置却依赖于发热。半导体吸收较高频率的光，为其分水过程提供动力，它被放置在一个有水流过的腔室内。较低频率的红外光被用来将腔体加热到大约70°C（158°F），这加速了分水反应，同时也抑制了氢分子和氧分子在被单独收集之前重新结合成水分子的趋势。在使用纯净水的理想化实验室测试中，该设备达到了9%的效率，如果使用市政自来水，可以达到约7%。而在模拟大规模光催化水分离系统的户外测试中，由变化广泛的自然阳光供电，它的效率为6.2%。这些光催化效率数字落后于我们报道过的一些光电化学设备，如澳大利亚国立大学的电池为17.6%，或莫纳什大学的设备为破纪录的22%。但是这些设备由于其性质而显得更加昂贵，它们使用光伏电池为电化学分水提供动力；美国能源部对氢气生产的最终技术目标是，光电化学系统的效率为25%，双床光催化系统的效率为10%--根据2011年的计算，这两种方法的氢气成本约为2.10美元/公斤（2.2磅）。该团队表示，当暴露在强烈的阳光和高温下时，该设备的独特半导体会得到改善，而不是退化。也许最令人兴奋的是，密歇根大学设备对自来水的7%的效率数字在分离海水时也是如此。淡水远不是一种无限的资源；它在许多地区已经严重短缺，而且人们普遍预计它在未来几十年将变得更加稀少和珍贵。因此，一种能够从海水中提取氢气而不需要除阳光以外的任何外部能量输入的光催化装置可能是脱碳时代的一个真正的游戏规则改变者。该团队表示，它正在努力提高进一步研究的效率，以及所产生的氢气的纯度，但这里开发的部分知识产权已经被授权给密歇根大学的衍生公司NSNanotech和NXFuels。"我们使用的材料，"Mi说，"氮化镓和硅，也可以大规模生产，我们可以利用目前的基础设施，在未来进行低成本的绿色制氢。"一如既往，决定这一设备命运的将是商业可行性。绿色氢气必须具有成本竞争力，不仅与使用甲烷气体生产的肮脏氢气相比，还要与廉价的化石燃料本身相比，如果它要在规模上发挥作用。这种方法确实依赖于一些稀有金属，如镓和铟，但由于所需的半导体尺寸很小，这里的成本冲击就大大降低了。我们期待着看到它在工业应用中的表现。这项研究发表在《自然》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1338913.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1338913.htm