液態鎵利用陽光從海水中制取清潔氫氣

液態鎵利用陽光從海水中提取氫氣，提供了一條可循環且可擴展的綠色燃料路徑。

悉尼大學的研究人員開發出一種利用液態金屬、以陽光為驅動，從淡水和海水中生產清潔氫氣的方法。該工藝避免了綠色氫氣生產中長期存在的若干障礙，包括對純凈水和大量能源投入的需求。該技術依賴于低熔點的液態鎵金屬，在光照下直接分解水來獲取氫氣。

通過利用陽光或人工光源，該方法無需外部電力或復雜基礎設施即可生產氫氣。氫氣長期以來一直被視為交通、能源、制造及農業等多個領域極具前景的清潔燃料。然而，大規模生產綠色氫氣仍然成本高昂且效率低下，這主要是由于分解水分子所需能量巨大以及對純凈水源的依賴。這項新方法使得從包括海水在內的易得水源中獲取氫氣成為可能，同時保持了有競爭力的效率。

該研究的第一作者、博士生路易斯·坎波斯表示："我們現在有一種利用海水提取可持續氫氣的方法，海水容易獲取，且生產過程僅依賴光照。"

陽光與液態金屬相遇

該系統的核心是鎵，一種略高于室溫即熔化的金屬。當鎵顆粒懸浮在水中并暴露在光照下時，其表面會發生反應，釋放出氫氣。金屬與水反應生成羥基氧化鎵，同時釋放氫分子。

該研究的資深研究員、來自化學與生物分子工程學院的庫羅什·卡蘭塔爾-扎德赫教授表示，這項工作展示了液態金屬尚未開發的化學潛力。"就首次概念驗證而言，我們認為這項技術的效率極具競爭力，"他說。該團隊實現了最高12.9%的效率，目前正致力于提升效率以適用于商業用途。

與電解等傳統的水分解方法不同，這種基于鎵的工藝不需要純凈水或昂貴的催化劑。它既可以使用淡水，也可以使用海水，從而降低了成本和復雜性。這使得該系統在大規模部署方面具有吸引力，尤其是在沿海或水資源稀缺的地區。

該工藝還具有循環性。氫氣釋放后，反應過程中形成的羥基氧化鎵可以轉化回鎵并重復使用。"在我們提取氫氣后，羥基氧化鎵也可以被還原回鎵，用于未來的氫氣生產，我們稱之為循環工藝，"卡蘭塔爾-扎德赫教授說。

為可擴展制氫而設計

研究人員指出，盡管液態鎵具有不尋常的特性，卻很少被用于氫氣生產的研究。在室溫下，它呈固態，但在接近人體溫度時熔化。在水中和光照下，它通常不活躍的表面開始氧化，從而引發氫氣釋放。

"鎵作為一種在與水接觸時能高速率生產氫氣的方式，之前從未被探索過——這樣一個簡單的現象以前被忽略了，"卡蘭塔爾-扎德赫教授說。

該項目共同負責人弗朗索瓦·阿利烏博士強調了這項工作的更廣泛意義，他說："氫氣為可持續未來提供了一種清潔能源解決方案，并可能在澳大利亞的氫能經濟中發揮關鍵性的國際優勢。"

該團隊目前正致力于提高效率并建造中型反應器來測試實際性能。如果成功，這項技術將利用豐富的水和陽光，為綠色氫氣生產提供一條實用且可擴展的途徑。

這項研究發表在《自然·通訊》雜志上。

如果朋友們喜歡，敬請關注“知新了了”！