杂色船员：生锈和光是氢燃料生产难题的可能答案

氢燃料的生产是发展可持续能源实践的一个关键目标，但这一过程还没有可行的技术。由Ken-ichi Katsumata 教授领导的东京科技大学的一个日本科学家团队已经确定了一种利用铁锈和光加速从有机废物溶液中产生氢气的新技术，这一发现可以彻底改变清洁能源行业。

在当今关于气候变化、污染和资源减少的叙述中，一种燃料可能会改变能源行业的游戏规则：氢。当在内燃机或发电厂中燃烧时，氢燃料只产生水，使其比我们目前的化石燃料清洁得多。没有有毒气体产生，对气候变化没有贡献，也没有烟雾，氢可能是未来清洁能源的答案，那么为什么不更广泛地使用它呢?

有两个原因。首先，氢气高度易燃，很容易从储罐中泄漏，在储存和运输过程中造成潜在的爆炸危险。其次，虽然纯氢在地球上自然存在，但其数量不足以实现具有成本效益的利用。氢原子必须从甲烷或水等分子中提取，这需要大量的能量。尽管存在几种生产氢燃料的技术，但科学家们尚未使这一过程“有效”到足以使氢成为能源市场上具有商业竞争力的燃料。在实现这一目标之前，化石燃料可能会继续主导该行业。

几十年来，科学家们一直在努力寻找一种廉价、高效和安全的方式来生产氢燃料。实现这一目标的最有希望的方法之一是通过太阳能驱动过程，利用光加速(或“催化”)将水分子分解成氧气和氢气的反应。在 1970 年代，两位科学家描述了本田-藤岛效应，该效应使用二氧化钛作为制氢的光催化剂。在这项研究的基础上，由东京理科大学胜俣健一教授领导的日本研究小组试图使用一种更便宜、更容易获得的半导体催化剂来进行这一反应，希望进一步提高其效率，减少氢燃料的生产成本和安全性。他们的研究发表在《化学：欧洲期刊》上表明，通过使用一种称为 α-FeO​​OH 的铁锈形式，在 Hg-Xe 灯照射下的氢气产量可以比在相同光线下的二氧化钛催化剂高 25 倍。

Katsumata 教授及其同事进行的实验旨在解决在太阳能驱动的氢气生产中使用半导体催化剂时遇到的常见挑战。作者描述了三个主要障碍。首先是需要适合使用光能的催化剂材料。二是目前使用的大多数光催化剂需要稀有或“贵重”金属作为助催化剂，价格昂贵且难以获得。最后一个问题来自氢气和氧气的实际生产。如果不立即分离，这两种气体的混合物最多会减少氢燃料的输出，最坏的情况是会引起爆炸。因此，他们的目标是找到一种不仅可以提高反应效率的解决方案，

该团队在 α-FeO​​OH(或锈)中确定了一种有前途的候选催化剂，并进行了一项实验，以评估其制氢效率及其活化的最佳实验条件。“我们对使用这种催化剂产生氢气感到非常惊讶，”Katsumata 教授说，“因为大多数氧化铁不知道会还原成氢气。随后，我们寻找激活 α-FeO​​OH 的条件，发现氧气是一个不可或缺的因素，这是第二个惊喜，因为许多研究表明，氧气通过捕获激发的电子来抑制氢气的产生。”该团队使用“气相色谱-质谱”方法确认了从水-甲醇溶液中产生氢气的机制，

需要更多的研究来优化这个过程。Katsumata 教授详细阐述：“氧在激活光诱导的 α-FeO​​OH 中的具体功能尚未揭晓。因此，探索其机制是下一个挑战。”目前，Katsumata 和他的同事的这些发现代表了清洁、零排放能源生产方面的新进展，这将成为未来可持续社会的核心!