新材料首次將儲能與釋氫合二為一

來(lái)自德國烏爾姆大學(xué)和耶拿大學(xué)的研究團隊研發(fā)出一種新材料，不僅能高效捕獲并儲存太陽(yáng)能，還能按需釋放出氫氣。更妙的是，這個(gè)過(guò)程完全可逆，一個(gè)簡(jiǎn)單的“pH開(kāi)關(guān)”就能讓它恢復活力，反復使用。相關(guān)成果已發(fā)表于《自然·通訊》雜志。

綠氫作為未來(lái)能源轉型的關(guān)鍵，通常依賴(lài)陽(yáng)光的光催化過(guò)程來(lái)制備。但陽(yáng)光的間歇性一直是其大規模應用的障礙。如今，科學(xué)家首次將儲能與釋氫兩大功能合二為一。

團隊研制的是一種水溶性智能高分子材料——一種由不同有機單元構建而成的大分子框架，還具有特殊的氧化還原功能。實(shí)驗數據顯示，這種材料的“充電”效率超過(guò)80%，且能量能穩定儲存數天之久。

當需要氫氣時(shí)，只需向系統中加入酸和催化劑，儲存的電子便會(huì )立即與質(zhì)子結合生成氫氣，效率高達72%。這一切都可在暗室中從容進(jìn)行，無(wú)需陽(yáng)光實(shí)時(shí)照射。反應結束后，通過(guò)中和溶液，系統便能重置，再次捕獲陽(yáng)光，開(kāi)啟新一輪的儲氫放氫循環(huán)。

團隊解釋道，其奧妙在于高分子材料中發(fā)生的氧化還原反應是完全可逆的，使得充、儲、放的循環(huán)得以輕松實(shí)現。整個(gè)過(guò)程無(wú)需繁瑣的分離步驟，只需調節溶液的酸堿度(pH值)即可。這個(gè)“pH開(kāi)關(guān)”不僅實(shí)用，還極具觀(guān)賞性：當電池“放電”產(chǎn)氫時(shí)，溶液會(huì )由紫色變?yōu)辄S色;而當它重新“充電”完畢，又會(huì )從黃色變回紫色。

團隊表示，這種“按需供氫”的新模式，有望為鋼鐵冶煉等需要穩定綠色氫源的能源密集型產(chǎn)業(yè)，帶來(lái)全新可能性。這項成果也為開(kāi)發(fā)經(jīng)濟高效、可大規模應用的太陽(yáng)能存儲技術(shù)鋪平了道路。