光伏制氢新突破 ! 可大规模生产

太阳能制氢有着40年的发展历史，被看作最有前景的制氢方法之一，其中，将太阳能发电和电解水组合制氢组合成系统的技术，是主流发展方向。然而，尽管所需的水是一种丰富的资源，但以前探索的方法使用复杂的路线，需要破坏环境的溶剂和大量能源才能大规模生产。高昂的成本和对环境的危害使得这些方法无法作为长期解决方案。

近日，美国大学Lehigh的研究小组首次利用单一酶生物矿化过程来制造催化剂，该催化剂利用捕获的阳光能量分解水分子来生产氢气。合成过程在室温和环境压力下进行，克服了以前采用方法的不可持续性和不可规模化挑战。

Lehigh的工程师团队已经利用生物矿化的方法来合成量子受限的纳米粒子金属硫化物颗粒和支持性的还原氧化石墨烯材料，以产生一种光催化剂，它能分解水形成氢。该小组在一篇名为“酶促合成负载cds量子点/还原氧化石墨烯光催化剂”的文章中报告了他们的研究结果，这篇文章曾刊登在皇家化学学会期刊《绿色化学》的封面上。

在过去的几年里，mcintosh的团队开发了一种单一的酶方法用于生物矿化——生物有机体生产矿物的过程——大小可控的量子限制金属硫化物纳米晶体。在之前与 Kiely的合作中，该实验室成功展示了第一种精确控制的生物方法制造量子点。他们的一步法从简单水溶液中的工程细菌细胞开始，到功能半导体纳米粒子结束，所有这些都不需要借助高温和有毒化学物质。

主要作者、普林斯顿大学博士后研究员斯Spangler表示 : “其他小组已经在纳米材料的化学合成中进行了生物矿化实验，我们面临的挑战是如何控制材料的性质，如颗粒大小和结晶度，以便最终的材料能够用于能源应用。”

mcintosh描述了Spangler 如何能够调整该小组既定的生物矿化过程，不仅合成硫化镉纳米粒子，还将氧化石墨烯还原成导电性更强的还原氧化石墨烯形式。“将这两种成分结合在一起，形成一种更有效的光催化剂，由负载在还原氧化石墨烯上的纳米粒子组成，因此，光催化剂的两个关键成分得以都能用绿色方式合成。"

该团队的工作展示了生物矿化在实现能源部门使用的功能材料良性合成方面的效用。“工业上可能会考虑大规模实施这种新的合成路线，”凯利补充道。“其他科学家也可以利用这项工作中的概念来创造其他具有关键技术重要性的材料。”

太阳能制氢，实现了清洁能源生产清洁能源，并可以有效地消纳光伏发电，可以实现两种重要新能源之间的有效结合应用。随着光伏发电和电解水制氢技术的不断发展，成本的逐渐降低，太阳能制氢将能逐渐满足商业化的要求，成为我国能源安全和能源结构调整的又一生力军。