可持续、低成本的氢——能源转型的革命性一步

各国政府和企业正面临越来越大的压力，要求它们采用大规模的可再生能源，实现当前的气候目标，以帮助缓解气候危机的影响。

图片来源:莱斯大学

随着风能、太阳能和电池供电技术被提上议事日程，另一个关键驱动因素可能是氢，这是一种清洁、多功能和安全的能源，可以用作发电燃料，甚至可以用作工业原料。

最近，一个研究小组在莱斯大学已经开发出一种负担得起的催化剂，可以释放出创造可持续、低成本氢的潜力。

发表在杂志上科学，该团队详细介绍了他们的合作努力，以及他们如何能够从低成本的原材料中创造出一种可扩展的催化剂，这种催化剂仅依赖于光的能量将氨转化为清洁燃烧的氢。

由于该项目的可扩展性，催化剂的开发可能标志着能源转型的革命性一步，并可能成为帮助推动旨在实现2030年和2050年气候目标的举措的宝贵工具。

氢可能是实现转型目标的关键因素，但之前的氢提取方法要么成本高昂，要么违反直觉，因为一些方法会释放CO等温室气体₂在提取。

清洁燃料

受最近工业和政府投资建设基础设施和无碳市场的影响，该项目旨在开发新的环境兼容的液态氨燃料。

氨被用于一系列不同的应用，包括作为制冷剂气体，在塑料制造中，在农业中，在水净化过程中。液态氨可以很容易地运输，并且含有大量的能量，这使得它成为一个有吸引力的燃料基选择，每个分子只有三个氢原子和一个氮原子。

该团队开发的催化剂是一种光激活纳米材料，它可以分解液态氨分子，将其转化为氮气和氢气，后者是研究人员的重点。

这种催化剂的创新之处在于它不需要热量;它可以直接从阳光或低能量led中收集能量。

减少能源消耗

在引发化学反应时，化学品制造商和生产商通常从传统的化石燃料中获取大量能量，以便在工业规模上产生更多的热量。这种做法已经普遍使用了一个多世纪，燃烧化石燃料来控制大型反应容器的温度会产生巨大的碳足迹。

此外，还有经济成本，因为化学生产商每年已经在热催化剂上花费数十亿美元，用于这种应用的最佳材料往往是铂、金和银等贵金属。

然而，该团队能够展示如何使用铜和铁来生产混合天线反应堆粒子，这种粒子在氨转化中非常有效。

像铁这样的过渡金属通常是较差的热催化剂。这项工作表明它们可以成为高效的等离子体光催化剂。这也证明了用廉价的LED光子源可以有效地进行光催化。

Naomi Halas，莱斯大学

早在2011年，莱斯大学的一组研究人员就发现了等离子体粒子，它可以产生被称为“热载流子”的能量密集电子，然后在2016年，人们发现热载流子发电机可以与催化粒子配对，以创建混合天线反应堆。

在这个装置中，一部分从光中获取能量，另一部分利用能量并应用于精确控制化学反应。

等离子体天线反应器光催化剂具有显著降低化学行业碳排放的潜力，值得进一步研究。

艾米丽·卡特，工程师和物理化学家，普林斯顿大学

”这些结果是一个巨大的动力。他们认为，其他丰富金属的组合很可能被用作广泛的化学反应的低成本催化剂，她补充道。

这项研究的发现证明了生产可持续的、低成本的氢的潜力，这种氢可以在当地大规模生产，而不是依赖于集中式工厂。因此，为绿色能源的未来铺平了道路。

参考资料及进一步阅读

博伊德，J. (2022)莱斯实验室的催化剂可能是氢经济的关键，莱斯大学新闻与媒体关系．可以在:https://news.rice.edu/news/2022/rice-labs-catalyst-could-be-key-hydrogen-economy

元,Y。et al。(2022)“地球上丰富的光催化剂H₂NH生成_3.用发光二极管照明，”科学， 378(6622)，第889-893页。可以在:https://doi.org/10.1126/science.abn5636．

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