随着全球各国积极推进交通脱碳进程，氢气在电池应用受限的领域成为关键竞争者。尤其在重型车辆、长途卡车、船舶和飞机等交通工具上，氢能展现出巨大潜力。
▲该材料捕获阳光并利用其能量通过水分解产生氢气。林雪平大学/Olov Planthaber
瑞典林雪平大学(LiU)副教授孙建武指出，乘用车可配备电池，但重型卡车、轮船或飞机难以用电池储存能量，对于这些交通工具，需要寻找清洁可再生能源，氢能便是良好选择。
孙建武及其团队正致力于开发一种仅利用阳光就能从水中生产氢气的材料，这种“绿色”氢气有望为运输部门提供动力，弥补电池系统在这些领域的不足。
林雪平大学团队的最新研究引入了一种新材料，可大幅提高太阳能制氢产量。研究人员构建了层状结构，结合立方碳化硅、氧化钴和一层氢氧化镍催化剂层。孙教授表示，研究目标是分析每一层的作用，“这是一个非常复杂的结构，所以研究重点是了解每一层的功能，以及它们如何帮助改善材料性能”。
▲用于生产氢燃料的三层太阳能材料的特写，其中一滴水突出了其反应表面。图片来源：林雪平大学/Olov Planthaber
当这种材料暴露在阳光下时，会产生电荷，将水分解成氢和氧。不过，这类系统面临的主要障碍是电荷复合，即正负电荷在触发反应前相互抵消。而该团队通过整合三层结构，实现了更好的电荷分离，研究团队报告称，与单独使用3C-SiC相比，其性能提高了八倍。
目前，市场上几乎所有的氢气都是使用化石燃料生产的“灰氢”，每吨“灰氢”最多可排放10吨二氧化碳，这削弱了其作为清洁燃料的地位。相比之下，“绿色”氢能利用可再生电力进行水分解，但即使这种方法，也常依赖阳光直射以外的能源。孙建武团队旨在减少这种依赖，仅使用太阳能驱动反应，以降低成本并消除反应过程中的碳排放。
尽管前景光明，但该技术尚未实现商业化。目前大多数用于太阳能水分解的材料效率仅为1-3%，而要使“绿色”氢能规模化，材料效率必须达到至少10%。孙建武相信这一目标可以实现，他表示研究团队可能需要大约5到10年的时间才能开发出达到这一效率的材料。
达到这一基准将标志着氢能经济的一个转折点，使低成本、无碳氢能的规模足以支持工业用途和运输。若成功，孙教授团队开发的这种层状材料将成为未来几十年清洁燃料基础设施的基石。该研究结果已发表在《美国化学会志》上。
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