查爾姆斯理工大學：塑料顆粒促進太陽能高效制氫，無需鉑金

瑞典查爾姆斯理工大學(Chalmers University of Technology)牽頭的一支研究團隊提出了一種無需稀缺且昂貴的鉑金即可制取氫氣的新方法。研究人員利用陽光、水以及微小的導電塑料顆粒，展示了如何以高效率、可持續且低成本的方式生產氫氣。

氫能在全球可再生能源轉型中扮演著關鍵角色。盡管其使用過程的副產物只有水，但要實現大規模且環境友好的氫氣生產，仍面臨諸多挑戰。

其中一個主要難題是在利用陽光和水制氫時，通常需要使用鉑金作為助催化劑。然而，地球上的鉑金儲量有限，其開采過程對環境和人類健康均存在風險。此外，鉑金生產高度集中于少數國家，如南非和俄羅斯。

在一項發表于《Advanced Materials》的最新研究中，由查爾姆斯理工大學Ergang Wang教授領導的團隊展示了一種完全不依賴鉑金、卻能高效利用太陽能制取氫氣的方法。

這一研究突破為無鉑太陽能高效制氫打開了新大門。在查爾姆斯理工大學化學實驗室的反應器中，肉眼即可清晰看到氫氣氣泡不斷生成，表明光催化反應正在高效進行。

查爾姆斯研究人員Alexandre Holmes介紹，該過程依賴于大量微小的導電塑料顆粒。這些顆粒浸沒在水中后，能夠同時與陽光及周圍環境發生相互作用。通過對導電塑料顆粒進行先進的材料設計，我們可以在不使用鉑金的情況下，實現高效、可持續的制氫，不僅成本大幅降低，其性能甚至可以超越基于鉑金的系統。

新方法的關鍵在于對導電塑料材料的分子層面設計。這種被稱為共軛聚合物的塑料能夠高效吸收光，但通常與水的相容性較差。研究人員通過調控材料的分子結構，大幅提升了其與水的相容性。

Holmes表示：“我們還開發了一種方法，將塑料制成納米顆粒，從而增強其與水的相互作用，并提升光驅動制氫效率。這種改進來自于顆粒內部更加疏松、更加親水的聚合物鏈結構?！?/strong>

在實驗室反應器中，隨著反應進行，氫氣氣泡不斷生成，肉眼即可觀察到，顯示出光催化過程的高效率。

當模擬太陽光的燈照射到含有納米顆粒的水溶液中時，氫氣氣泡幾乎立刻開始形成并上升。隨后，這些氣泡被收集并通過管道引導至儲存容器，產氣量可實現實時監測。

Holmes指出：“僅使用1克聚合物材料，我們就能在一小時內生產約30升氫氣?！?/p>

此外，查爾姆斯的另一項最新研究還表明，這種導電塑料可以在不使用有害化學品的情況下制備，并且成本更低。

Wang團隊的下一步重要目標，是讓制氫過程只依賴陽光和水，不再添加任何輔助化學物質。

目前，研究中仍使用維生素C作為所謂的“犧牲性抗氧化劑”。它通過提供電子，防止反應停滯，從而在實驗室條件下實現較高的制氫速率。

Wang教授解釋，要實現真正可持續的太陽能制氫，最終目標是在僅有陽光和水作為輸入的條件下，同時將水分解為氫氣和氧氣。

查爾姆斯理工大學化學與化學工程系教授、研究負責人Ergang Wang表示：“在這一體系中去除對鉑金的依賴，是實現社會可持續氫能生產的重要一步?，F在，我們正開始探索新的材料和策略，以在無添加劑條件下實現整體水分解。這還需要幾年時間，但我們相信方向是正確的?！?/p>

原文鏈接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202507702

（素材來自：查爾姆斯理工大學 全球氫能網、新能源網綜合）