分層氫化硅烷為安全、輕量化氫儲存帶來新方案

研究人員正在研究分層氫化硅烷作為一種新型固態(tài)氫載體，為新一代氫儲存系統(tǒng)鋪平道路。

氫是一種清潔能源，但目前仍缺乏高度可靠且安全的儲存系統(tǒng)。分層氫化硅烷（Layered Hydrogen Silicane，L-HSi）被認為是一種極具前景的固態(tài)氫載體，具有安全、輕量和高能效等優(yōu)勢，并具備實際應用潛力。該材料在低強度可見光（如陽光或LED）照射下即可釋放氫氣，代表了氫載體系統(tǒng)研究的一個全新方向。

氫作為一種潛在燃料，可替代傳統(tǒng)化石燃料，在燃燒或氧化過程中不產(chǎn)生二氧化碳，并且可由多種能源途徑制備。然而，建立以氫為基礎的能源體系，不僅需要清潔制氫技術，還必須解決氫氣安全、高效的儲存與運輸問題。當前的儲氫系統(tǒng)存在諸多缺陷：高壓儲氫罐的氫密度較低，且存在爆炸風險；液氫儲罐則需要極低溫環(huán)境，能耗巨大。

氨是一種眾所周知的液態(tài)氫載體，具有較高的氫密度，但其脫氫過程需要大量能量，同時還存在腐蝕性和毒性等問題。為解決這些挑戰(zhàn)，研究人員將目光轉向固態(tài)氫載體材料。然而，大多數(shù)固態(tài)合金由重金屬組成，其質量儲氫密度有限。

在一項突破性研究中，由日本東京科學大學（Science Tokyo）的伊藤弘奈先生和宮內正宏教授、近畿大學的中井美緒女士和中野秀幸教授，以及筑波大學的近藤孝弘教授組成的研究團隊，發(fā)現(xiàn)了一種新型固態(tài)氫載體——分層氫化硅烷（L-HSi）。該材料可在常溫常壓下，通過可見光照射釋放氫氣。相關研究成果已于2025年12月29日在線發(fā)表于《Advanced Optical Materials》期刊。

L-HSi 由硅和氫按 1:1 的比例組成，具有高達 3.44 wt.% 的質量儲氫容量。與傳統(tǒng)儲氫系統(tǒng)不同，它是一種穩(wěn)定的固態(tài)氫載體，僅需暴露在低強度光源（如陽光或 LED）下即可釋放氫氣。

研究人員通過 CaSi? 與鹽酸（HCl）反應脫鈣合成了 L-HSi，并測試了其釋氫性能。他們將 L-HSi 粉末置于氬氣氛圍下的氣流式反應器中，在常溫常壓條件下使用氙燈進行照射。L-HSi 的光學帶隙為 2.13 eV，對應約 600 nm 波長，可吸收可見光。實驗在開始 10 分鐘后開啟光照，并在 60 分鐘時關閉。在照射過程中，研究人員清晰地觀察到了氣態(tài)氫的生成。

在黑暗條件下的加熱實驗以及詳細的光譜分析進一步證實，氫氣的釋放并非源于光熱效應，而是由 L-HSi 的帶隙激發(fā)所驅動。具體而言，當照射波長低于 600 nm 時，材料才會釋放氫氣。在 550 nm 波長下，其最高量子效率可達 7.3%。

研究團隊還進行了長期光照實驗，將 L-HSi 分散于有機介質中并置于分散式反應器內。在持續(xù)可見光照射下，大約 46.7% 的化學鍵合氫原子被釋放。此外，研究還證實，利用低強度、低成本的光源（包括陽光和 LED）即可高效產(chǎn)生氫氣。

總體而言，L-HSi 是一種極具潛力的固態(tài)氫載體，有望為安全、輕量和高能效的氫儲存技術開辟新的可能性。未來的研究將重點放在提升其可逆性和規(guī)模化應用能力，以推動其實際應用。

原文鏈接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adom.202502880?utm_source=chatgpt.com

（素材來自：東京科技大學 全球氫能網(wǎng)、新能源網(wǎng)綜合）