德國(guó)研究人員成功開發(fā)出一種新材料，能夠?qū)⑻柟饽芰績(jī)?chǔ)存數(shù)天，并在需要時(shí)以氫氣形式釋放。即使在無光照條件下，該過程仍可進(jìn)行。相關(guān)成果已發(fā)表在《自然·通訊》雜志上。
綠氫是能源轉(zhuǎn)型的重要支柱之一，通常通過光催化過程利用太陽能生產(chǎn)。目前已有多種將太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能并儲(chǔ)存的技術(shù)，但此次是首次實(shí)現(xiàn)讓材料將陽光能量?jī)?chǔ)存數(shù)天后“按需”以氫氣形式釋放。
“可以將其理解為在分子層面上將太陽能電池和電池結(jié)合在一起�！睘鯛柲反髮W(xué)無機(jī)化學(xué)研究所主任Sven Rau教授解釋道。
研究團(tuán)隊(duì)使用了一種水溶性、具有氧化還原活性的共聚物作為臨時(shí)能量或電子儲(chǔ)存材料。共聚物由不同有機(jī)結(jié)構(gòu)單元構(gòu)成的大分子組成，它們形成穩(wěn)定的框架，并配備了具有特定化學(xué)物理特性的功能單元。該系統(tǒng)充電效率超過80%，并能將能量保持?jǐn)?shù)天。
“在需要時(shí)，我們可以以氫氣形式獲取化學(xué)能。儲(chǔ)存的電子被高效地用于這一過程�！备ダ锏吕锵！は沾髮W(xué)耶拿有機(jī)化學(xué)與大分子化學(xué)研究所主任Ulrich S. Schubert教授表示。他與Rau共同協(xié)調(diào)了此項(xiàng)研究。
通過添加酸和析氫催化劑，聚合物中儲(chǔ)存的電子與質(zhì)子結(jié)合，按需產(chǎn)生氫氣。這一過程的效率達(dá)到72%。另一個(gè)重要優(yōu)勢(shì)是，該過程在黑暗中也能進(jìn)行。
通過pH開關(guān)重啟系統(tǒng)
隨后若將溶液中和，系統(tǒng)可再次暴露于光照下并重新充電。
該研究的兩位主要作者、烏爾姆大學(xué)的Marco Hartkorn和耶拿大學(xué)的Robin Kampes博士解釋說：“這是因?yàn)榛诰酆衔锏难趸�原反應(yīng)是可逆的，能夠?qū)崿F(xiàn)多次充電、儲(chǔ)存和催化循環(huán)。該工藝的好處在于無需先分離聚合物，只需改變系統(tǒng)的pH值即可重置系統(tǒng)。”
pH開關(guān)不僅具有實(shí)用性，還帶來色彩變化：電池在酸性條件下放電時(shí)，顏色由紫色變?yōu)辄S色;當(dāng)用光重新充電后，黃色變回紫色，電池再次“待命”。
具有工業(yè)應(yīng)用前景的新路徑
Rau教授表示：“該項(xiàng)目具有科學(xué)意義，因?yàn)樗鼘⒒瘜W(xué)領(lǐng)域中通常交集較少的兩個(gè)概念——高分子聚合物化學(xué)與光催化——結(jié)合在一起。”
研究人員認(rèn)為，這種按需制氫的方法有望應(yīng)用于能源密集型工業(yè)過程。例如，氣候中和的鋼鐵生產(chǎn)依賴于可靠的綠氫供應(yīng)。
Schubert教授強(qiáng)調(diào)：“這些成果為經(jīng)濟(jì)、可擴(kuò)展的太陽能存儲(chǔ)技術(shù)開辟了新前景，并為邁向可持續(xù)的化學(xué)基能源經(jīng)濟(jì)提供了重要基礎(chǔ)�！�
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