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氫，是宇宙中最古老的元素，太陽誕生之前它就已經(jīng)存在了；氫，也是宇宙中最豐富的元素，氫原子占了整個(gè)宇宙原子數(shù)的88.6%。不僅水中有氫，太陽的能量來源于氫，未來地球的主要能量來源可能也是氫能。 

綠氫是利用太陽能、風(fēng)能等可再生能源產(chǎn)生的，可以“綠電”制“綠氫”或光催化分解水制氫。 

綠電就是用風(fēng)、光、水、地?zé)岬瓤稍偕茉窗l(fā)電，接著再通過綠電催化分解水而生產(chǎn)的H?，其碳排放極低。 

自去年我國(guó)“雙碳”目標(biāo)提出以來，綠氫在國(guó)內(nèi)掀起了一輪熱潮。電解水制氫具有綠色環(huán)保、生產(chǎn)靈活、純度高等特點(diǎn)，可以滿足高純度的氫氣需求。 

大規(guī)模、低成本、清潔的綠氫從哪來-光催化分解水制氫 

中國(guó)科學(xué)院院士、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院院長(zhǎng)李燦院士團(tuán)隊(duì)利用太陽能等可再生能源產(chǎn)生的電力電解水生產(chǎn)氫，并將二氧化碳與氫合成為甲醇等便于儲(chǔ)運(yùn)的綠色液態(tài)燃料。 

“氫農(nóng)場(chǎng)”項(xiàng)目需要解決兩個(gè)關(guān)鍵問題，一是如何實(shí)現(xiàn)高效水氧化光催化過程，二是如何抑制納米光催化劑表面生成的氧化態(tài)和還原態(tài)物種之間的反應(yīng)^[1]。

泊菲萊科技受李燦院士團(tuán)隊(duì)委托定制開發(fā)了反應(yīng)面積為5 m²的直接太陽光陣列式平板光化學(xué)反應(yīng)系統(tǒng)，利用太陽能光催化技術(shù)進(jìn)行光化學(xué)反應(yīng)的研究。該系統(tǒng)采用陣列方式組合，將光催化劑涂敷于反應(yīng)系統(tǒng)上表面，利用戶外直接太陽光照射完成光催化分解水的反應(yīng)。 

直接太陽光陣列式平板光化學(xué)反應(yīng)系統(tǒng)可監(jiān)測(cè)輻照度、紫外輻射、輻照總量、溶液度pH值、ORP（Oxidation-Reduction Potential）等參數(shù)，對(duì)反應(yīng)系統(tǒng)中出入口、中間溫度和環(huán)境溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，為達(dá)到最佳有效光照角度，支架可在20～70°范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，同時(shí)也兼具IP5防水級(jí)別、耐候性和抗溫沖擊性等在戶外使用時(shí)所必備的性能。

圖5. 泊菲萊科技直接太陽光陣列式平板光化學(xué)反應(yīng)系統(tǒng)

但綠氫的來源不止有電解水的方法。 

日本東京大學(xué)的Kazunari Domen教授團(tuán)隊(duì)^[2]報(bào)道了利用鋁摻雜鈦酸鍶（SrTiO₃:Al）光催化分解水制氫，在1 m²平板反應(yīng)器系統(tǒng)進(jìn)行放大，并成功展示了100 m²的平板反應(yīng)器陣列，最高STH達(dá)到0.76%。雖然氫氣生產(chǎn)效率比較低，但這項(xiàng)研究表明，大規(guī)模的光催化水分解制氫和氣體收集分離是可能的。 

泊菲萊科技自主研發(fā)的PLR-SPR100太陽光解水反應(yīng)裝置，專門針對(duì)大面積光催化分解水制氫研究而開發(fā)。該裝置是將光催化劑吸附于反應(yīng)器上部，多個(gè)反應(yīng)器并聯(lián)，液體在機(jī)械泵的作用下從反應(yīng)器的下端流入、上端流出，液體流過反應(yīng)器，經(jīng)過太陽光直接照射，光催化反應(yīng)體系產(chǎn)出氫氣，將光催化分解水產(chǎn)生的氫氣攜帶至氣-液分離裝置。在氣-液分離裝置內(nèi)，液體繼續(xù)流回至反應(yīng)器中，光催化分解水產(chǎn)生的氫氣從氣-液分離裝置上端逸出，通過質(zhì)量流量計(jì)測(cè)量并記錄氫氣產(chǎn)量，將光催化分解水產(chǎn)生反應(yīng)產(chǎn)生的氫氣儲(chǔ)存至氣體收集裝置中。

圖6. 泊菲萊科技PLR-SPR100太陽光解水反應(yīng)裝置

氫能源是未來能源技術(shù)革命和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個(gè)重要方向，對(duì)“碳達(dá)峰”和“碳中和”的實(shí)現(xiàn)起到了重要作用，也是推動(dòng)能源體系綠色低碳轉(zhuǎn)型的重點(diǎn)，而綠氫的發(fā)展將是重中之重，泊菲萊科技也會(huì)在光催化及其相關(guān)研究領(lǐng)域?yàn)槠湄暙I(xiàn)一份力量。

以上部分是筆者根據(jù)參考文獻(xiàn)進(jìn)行翻譯和匯總，筆者水平有限，如有錯(cuò)誤，請(qǐng)大家指正！

參考文獻(xiàn)