水，化學(xué)式H2O，氫和氧的組合。從水中分離氫并不困難。然而，氫的收集和儲存一直是一個技術(shù)難題，阻礙了水光解制氫的實際應(yīng)用。最近，中國科技大學(xué)的科學(xué)家解決了這個問題。大學(xué)微尺度材料科學(xué)國家實驗室的蔣軍教授和趙瑾教授合作提出了第一個通過水的光解將氫儲存和氫生產(chǎn)集成在一起的材料系統(tǒng)設(shè)計。該系統(tǒng)具有低成本、多功能和安全儲氫的優(yōu)點。

由于水的光解作用而停滯不前的制氫發(fā)展

早在20世紀(jì)70年代，就有人提出了一個看似完美的氫能工業(yè)可持續(xù)發(fā)展計劃。在取之不盡的陽光的驅(qū)使下，水被分解成氫和氧。

“氫的生成取決于光生電子和空穴向氧化或還原位點的遷移，因此它們之間的距離必須小于電子的平均自由路徑，即10-50nm。如此短的距離不僅導(dǎo)致不可避免的反反應(yīng)發(fā)生，而且增加了r進(jìn)行分離和收集?；?ldquo;另一方面，中國科技大學(xué)的相關(guān)研究人員認(rèn)為，氫的安全儲存是一個長期的挑戰(zhàn)。氫和氧的混合物具有極強(qiáng)的爆炸性和危險性。通常高壓液化后的金屬氫儲存價格昂貴，使用起來不舒服。由于成本低廉的儲氫集氫和安全儲氫解決方案，太陽能水裂解制氫無法大規(guī)模有效應(yīng)用。

實現(xiàn)有效氫氣凈化的最新研究

研究人員受到了諾貝爾獎獲得者、英國科學(xué)家安德烈·海姆爵士和中國科技大學(xué)吳恒安教授的研究工作的啟發(fā)：石墨烯可以分離所有氣體和液體，但它可以為質(zhì)子打開“一面”并大量釋放。Jiang Jun等人利用這個對質(zhì)子自然開放的“方便門”，設(shè)計了一個由二維碳氮材料和石墨烯材料組成的三明治結(jié)構(gòu)。

在這種三明治結(jié)構(gòu)體系中，碳氮材料被夾在兩層石墨烯中，由官能團(tuán)修飾。石墨烯僅為氫原子釋放，而水光解產(chǎn)生的氫不能穿透石墨烯材料，因此水光解生成的氫分子安全地保留在夾層復(fù)合體系中；同時，O2、OH和其他系統(tǒng)不能穿透復(fù)合系統(tǒng)，這抑制了反向反應(yīng)的發(fā)生，實現(xiàn)了高儲氫率下的安全儲氫。