水能转化为氢作为能源吗？

水，化学式为H2O，由氢和氧组成。从水中分离氢气并不困难。然而，氢气的收集和储存一直是一个技术挑战，
阻碍了通过水的光解生产氢气的实际应用。最近，中国科学技术大学的研究人员解决了这个问题，他们提出了
第一个利用第一原理计算通过水的光解进行储氢的集成材料系统设计。该方案具有成本低、通用性强和安全储
氢的优点。


通过水的光解生产氢气的发展已经停滞了一段时间


早在20世纪70年代，就有人提出了一个显然完全可持续的氢经济解决方案。在取之不尽用之不竭的阳光的驱
动下，水分解成氢气和氧气。


氢的产生取决于光生电子和空穴向氧化和还原位点的迁移，因此两者之间的距离应小于电子的平均自由程，即
10-50nm。如此短的距离不仅使反反应的发生不可避免，而且增加了分离和收集氢气的难度。中国科技大学的
相关研究人员介绍，另一方面，氢气的安全储存是一个长期的挑战。氢气和氧气混合具有极大的爆炸性和危险
性。常用的高压液态金属储氢成本高，使用不方便。因此，太阳能光催化水分解制氢无法实现不能大规模有效
地使用。


最新研究实现氢气的高效纯化

诺贝尔奖获得者、英国科学家安德烈·海姆爵士和中国科技大学启发了科学家：石墨烯可以隔离所有气体和液体，
但它可以“打开”质子并慷慨释放。利用这扇大自然为质子打开的“便门”，蒋军等人设计了一种由二维碳氮材
料和石墨烯基材料组成的三明治结构。


在这种三明治结构体系中，碳氮材料是两层官能团改性石墨烯之间的三明治。在这个过程中，石墨烯只释放给氢
原子，而水的光解产生的氢不能渗透到石墨烯材料中，这导致水的光解生成的氢分子被安全地保存在夹层复合材
料系统中；同时，O2和OH等体系不能进入复合体系，这抑制了反反应的发生，并在高储氢率下实现了安全的储氢。