科技日報記者 劉霞
韓國蔚山國立科學技術研究院團隊開發出一款新型光電化學制氫系統。新系統利用太陽能和甘蔗廢料中的糠醛協同制氫，降低了制氫過程中的二氧化碳排放量，且效率為美國能源部設定商業化基準的四倍。相關論文發表于新一期《自然·通訊》雜志。
作為備受矚目的下一代清潔燃料，氫氣燃燒時不會產生溫室氣體，且能量密度可達汽油的2.7倍。但目前大部分制氫工藝使用天然氣，這一過程會排放大量二氧化碳。在最新研究中，團隊另辟蹊徑，利用從甘蔗廢料中提取的糠醛來制氫，因而不產生二氧化碳排放。
最新系統創造性地構建了“雙引擎”產氫機制：糠醛在銅電極上被氧化產生氫氣，殘留物質被轉化為高價值產品糠酸。硅光電極上，水也被分解產生氫氣。與傳統光電化學系統相比，這種協同效應使理論產氫的效率大幅提升，實測性能達1.4毫摩爾/（平方厘米·小時），幾乎為美國能源部設定標準0.36毫摩爾/（平方厘米·小時）的四倍。
當光電極吸收陽光并產生電子時，制氫過程就開始了。晶體硅光電極可以產生大量電子促進氫氣生產。然而，0.6伏的低工作電壓使其難以在沒有外部電源的情況下啟動制氫反應。為此，團隊在電極上引入糠醛的氧化反應，平衡系統電壓，解決了這一難題。
這一方法實現了無外接電源制氫，保留了晶體硅光電極的高光電流密度，促進了制氫效率。此外，該系統采用交叉背接觸結構，最大限度地降低了光電極內的電壓損耗。鎳箔-玻璃復合封裝結構也確保了電極的長效穩定。
這項突破大幅提升了太陽能制氫的經濟可行性，為抗衡化石燃料制氫提供了關鍵技術支撐。
