http://www.sciencehuman.com 科学人 网站 2013-08-07
新型太阳能—热系统成水制氢利器
科技日报讯 （记者刘霞）据每日科学网站8月2日（北京时间）报道，美国科学家研发出一种全新的水分解技术——用太阳光有效地将水分解成氢气和氧气，发表在今天出版的《科学》杂志上的新方法有望为人类迈入氢经济时代铺平道路。
该研究团队的领导者、科罗拉多大学波德分校化学和生物工程学院的教授阿兰·维摩解释道，他们设计出了一种太阳能—热系统，其中，太阳光可以被置于距离地面10米高的一个中央塔周围的镜子聚集到该塔的某个点上，系统产生的热会聚集于中央塔内，随后被递送到包含有金属氧化物的反应器内。当金属氧化物被加热时，会释放出氧原子，留下的新化合物会四处搜寻新的氧原子。随后，他们再将蒸汽流（由聚集到塔上的太阳光束加热反应器中的水形成）引入该系统中，水分子中的氧气会依附到金属氧化物（由铁、钴、铝和氧组成）的表面，释放出的氢分子聚合在一起就形成了氢气。
另一名研究人员、化学和生物工程学院教授查尔斯·马斯葛雷夫表示，新的水分解技术与其他水分解技术的关键区别在于，新方法能让两个化学反应在同一温度下发生。马斯葛雷夫说：“传统方法需要对反应堆中的温度进行控制，让其从热状态转变到冷状态，也需要对蒸汽流引入系统进行控制。而新系统的创新之处在于温度没有变化，整个过程通过打开或关闭一个蒸汽阀就可以搞定。我们可以将太阳光聚集起来，然后用其产生的热来驱动化学反应。尽管我们很容易将系统的温度加热到1350摄氏度之上，但我们只想将其加热到化学反应能够进行的最低温度。温度越高，越有可能对化学材料和反应堆本身造成伤害。”
维摩补充道，传统的两步分解水法会浪费时间和热，毕竟，太阳光每天“露面”的时间有限。新方法产生的氢气量完全取决于金属氧化物的数量以及引入该系统的蒸汽量。
研究人员表示，尽管这一太阳能—热系统可以以较低的成本产生大量氢气，但对其进行商业化开发可能还需数年时间。
总编辑圈点
太阳能分解水制氢的好处，主要在于将氢能源开发利用由一般的“可持续发展”，转变为了“永续发展利用”的循环经济。如今这些技术攻关，的确在为迎接“氢经济”时代做准备，但人类离真正迈入这一场景还早着呢，至少未来20年至30年，全球依然要保持对传统能源的开采和利用模式。因此研究人员不妄谈其技术的商业化进程，是科学且实际的。
[中科网-科技日报]
光催化分解水制氢气展现迷人前景
中国科大揭示二氧化钛表面光催化反应微观机理
科技日报讯 （记者吴长锋）锐钛矿结构的二氧化钛（TiO2）表面催化活性和微观反应机理,由中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家实验室单分子科学研究团队揭示，论文发表在近日出版的《自然·通讯》上。
二氧化钛作为一种氧化物半导体，是太阳能转化研究中的重要材料体系。其在有机太阳能电池制备、将太阳能转化为环保的化学能等方面有望取得应用，在光催化分解水制氢气和人工光合作用等方面展现出迷人的前景。针对这一材料体系的研究成为国际上新能源材料研究领域中的热点方向，寻找新的催化材料和高效的能量转换机理是其中重要的科学问题。
二氧化钛的锐钛矿结构和金红石结构是两种得到广泛研究的晶体结构。其中，金红石由于结构稳定、易于单晶生长，过去的研究主要针对二氧化钛的金红石结构。比较而言，锐钛矿结构的二氧化钛稳定性低，直觉判断其化学活性应该比金红石结构高，有许多理论计算也支持这一观念。特别是理论预言锐钛矿结构二氧化钛的晶面指数为(001)的表面，是所有晶面中活性最高的。近几年，有大量的材料学家投入到合成富含(001)面的锐钛矿结构的二氧化钛纳米晶，并研究其光催化性质，但实验得到的光催化效率与理论预言存在很大的差异。
针对这一问题，王兵教授等采用脉冲激光沉积技术，制备了高质量的锐钛矿结构(001)表面的二氧化钛，利用扫描隧道显微术（STM）微观表征和原子操纵的方法，清晰地揭示出了该表面的结构和化学反应活性；结合该实验室赵瑾教授等的理论计算和分析，提出了新的表面结构模型，澄清了这一表面缺陷结构及化学反应活性的长期争论。
[中科网-科技日报]