新型合金可以从太阳光中产生氢燃料

该研究由美国能源部资助，由肯塔基大学计算科学中心的MadhuMenon和R.MichaelSheetz教授以及路易斯维尔康恩大学可再生能源中心的MahendraSunkara教授和研究生ChandrashekharPendyala领导。能源研究。他们的研究结果发表于8月1日的物理评论B.

研究人员表示，他们的研究结果是计算科学的一大胜利，这可能会对太阳能的未来产生深远的影响。

使用最先进的理论计算，肯塔基大学路易斯维尔大学团队证明，在氮化镓(GaN)中用2%的锑(Sb)取代形成的合金具有正确的电性能，能够实现太阳光能够将水分子分解成氢和氧，这一过程称为光电化学(PEC)水分解。当合金浸入水中并暴露在阳光下时，水中氢和氧分子之间的化学键被破坏。然后可以收集氢气。

“以前对PEC的研究主要集中在复杂的材料上，”梅农说。“我们决定反对传统智慧，从一些易于生产的材料开始，即使它们缺乏正确的电子排列以满足PEC标准。我们的目标是看看电子排列中是否有最小的”调整“。这些材料将达到预期的效果。“

氮化镓是一种自20世纪90年代以来广泛用于制造亮光LED的半导体。锑是一种类金属元素，近年来对微电子应用的需求日益增加。GaN-Sb合金是第一种简单易生产的材料，被认为是PEC水分解的候选材料。该合金在PEC反应中起催化剂的作用，这意味着它不被消耗并且可以无限期地重复使用。路易斯维尔大学和肯塔基大学的研究人员目前正致力于生产合金并测试其将太阳能转化为氢的能力。

氢气一直被吹捧为向清洁能源过渡的可能关键组成部分。它可以用于燃料电池中发电，燃烧产生热量，并用于内燃机以为车辆提供动力。燃烧时，氢气与氧气结合形成水蒸气作为其唯一的废物。氢还在科学和工业中具有广泛的应用。

由于地球上没有自由丰富的纯氢气，因此必须通过从其他化合物中解锁来制造氢气。因此，氢不被视为能源，而是“能量载体”。目前，通过水分解产生氢气需要大量的电力。因此，今天生产的大部分氢气来自不可再生资源，如煤和天然气。

Sunkara表示，GaN-Sb合金有可能将太阳能转化为经济，无碳的氢源。

“制氢现在涉及大量的CO2排放量”，Sunkara说。“一旦这种合金材料被广泛使用，它可以被用来制造零排放燃料，为家庭和汽车提供动力，并为住宅供暖。”

梅农说，这项研究应吸引其他科学家对各种学科的兴趣。

“光催化是目前科学领域最热门的话题之一，”梅农说。“我们希望目前的工作在化学，物理和工程领域具有广泛的吸引力。

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