氢能,这个被誉为未来清洁能源的明星,真的有那么神奇?它不但可以减少温室气体的排放,还是取之不尽的水资源,听起来是否很美好?
最近,科学家们在催化剂的研究上取得了突破,提升了200倍的效率,究竟是怎么做到的?我们就来深入探讨这个话题。
氢能作为一种清洁能源,具有很大的应用潜力。与传统化石燃料相比,它在使用的过程中不会产生二氧化碳等温室气体,而且原料水在自然界中随处可见,能够说是取之不尽用之不竭的燃料。
此外,氢能还能够适用于交通运输、发电以及工业生产等多个领域,是替代燃料的最佳选择。
根据中国氢能联盟的数据,中国2023年的氢能产量大约为3550万吨,而到2030年和2050年,需求量将分别达到3500万吨和6000万吨。可见,氢能作为燃料的需求正在迅速增长。
但是,现阶段制氢的成本和效率问题依然是摆在我们面前的一道坎。虽然有很多研究在朝着这个方向努力,但成果往往难以令人满意。
德国马克斯・普朗克研究所的科学家最近研制出了一种独特的拓扑手性晶体,作为水解制氢过程中的催化剂。
这种催化剂的优点是能够大幅度提升水分解的效率,在原有效率的基础上提高200倍,这一个数字听起来实在是太惊人了。
但是,催化剂的核心还是稀有金属,这一点让人有些打退堂鼓。虽然这种催化剂能解决制氢效率的问题,但稀有金属的成本摆在这里,若无法找到更经济的替代方案,那么这项技术距离实际应用还有非常长的一段路要走。
随着研究的不断深入,科学家发现拓扑手性晶体的独特量子特性为电子转移提供了新的途径,这种电子转移方式更高效,不再依赖于传统催化剂中的金属元素。
通过操控该晶体内部电子自旋的方式,科学家成功将水解制氢的效率提升了200倍,这一个数字已经很夸张了,但是晶体内部依然含有铑、硅、锡和铋等稀有元素,这些元素虽然对提升反应速率起到了关键作用,但它们的成本让人望而却步。
科学家正在进行新一轮的研究,力争开发出一种高效且可持续的催化剂。这样的催化剂可能不需要任何稀有元素。
甚至连过渡金属都可以省去,如果真的能做到这一点,那么水解制氢技术的未来将会发生翻天覆地的变化。
拓扑手性晶体是由铑、硅、锡和铋等多种元素组成,其结构上具有独特的“手性”,也就是左旋或右旋的排列方式。
在自然界中,很多物质都是具有一定“手性”的,比如我们的双手,如果将左手和右手放在一起,你会发现,无论怎么叠加,它们都是对不上的,这种现象在化学中也常常会出现,一些分子的“手性”会导致它们在生物体内发挥截然不同的作用。
除了“手性”以外,这种晶体还有别的很优秀的特性,比如高导电性、高稳定性等。
这些特性都是得益于它独特的量子特性,而量子特性这个词听起来就很神奇,实际上也是科学家们费了很大劲才摸索出来的一套规律。
以往我们讨论电子转移的时候,总是会把电子看作一个有质量、有大小的粒点,这就跟我们平常讨论物理世界里的物体一样,但是通过一系列实验和理论分析,科学家发现,电子实际上更像是一阵“电子海”,它们没有固定的位置,而是不断地在整体空间中移动。
当我们对某个区域施加压力的时候,就等于让一部分电子进入了一个密闭空间,这样一来,那个区域的电子密度就增大了,而另外一个区域的电子密度就会相应减小。
这个理论最早是由物理学家提出的,但是对于实际应用来说,这个理论还有很多不成熟的地方。
现在看来,拓扑手性晶体中的电子转移方式给咱们提供了一条新的思路。这个晶体就像是一个迷宫,电子在里面不断地沿着各种通路移动,与传统的方法相比,它们获得了更多的选择机会,转移效率大大提高。
可以预见的是,如果这一系列研究能够顺利推进,那么我们就能拥有一种高效、低成本、可持续的催化剂,那时制氢的成本和效率问题就不再是问题了。
这样的技术一旦成熟,不但可以应用于制氢,还能推广到其他领域,为全球能源的发展提供有力支撑。
我对氢能的未来充满期待!如果科学家们能够克服稀有金属的成本问题,或许我们真的能迎来一个清洁、可持续的能源时代。你觉得氢能会是我们未来的主流能源?欢迎在评论区分享你的看法,别忘了点赞支持一下哦!
中国2023年的氢能产量大约为3550万吨,而到2030年和2050年,需求量将分别达到3500万吨和6000万吨。可见,氢能作为燃料的需求正在迅速增长。
来源:环球时报-环球网 【环球时报-环球网报道 记者 索炎琦】外交部发言人毛宁主持1月20日例行记者会。会上有外媒记者提问称:得益于“特朗普的努力”,TikTok恢复了在美国的服务,但特朗普表示,他希望达成一项交易,该交易将使美国在合资企业中拥有50%的所有权。
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