氫是一種有著很大應(yīng)用潛力的新能源。西班牙海梅一世大學(xué)光伏和光電設(shè)備集團(tuán)的研究人員已經(jīng)開發(fā)出了一種有機(jī)裝置，僅僅用陽光就能用水生產(chǎn)氫。這些設(shè)備中使用的有機(jī)材料比現(xiàn)用的無機(jī)材料成本低，更高效也更具靈活性，但是當(dāng)與水介質(zhì)接觸時(shí)，它們的穩(wěn)定性還存在些問題。一項(xiàng)發(fā)表在物理化學(xué)期刊上的研究成果提到，這些設(shè)備已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了優(yōu)良的穩(wěn)定性，這就表明從有機(jī)材料中獲取太陽燃料邁出了重要一步。

這項(xiàng)研究的合作者Sixto Giménez指出，“氫的生產(chǎn)能夠在3個(gè)小時(shí)內(nèi)完成，證實(shí)有機(jī)材料的穩(wěn)定性還為時(shí)尚早?！庇袡C(jī)光伏設(shè)備在水中易腐蝕而且很容易損壞?！拔覀兊牟呗允窃诠夥M件和促進(jìn)氫氣生成反應(yīng)的催化劑之間安裝一個(gè)物理屏障。為了達(dá)到目的，我們用納米二氧化鈦材料制作了一個(gè)致密層，不僅作為水和光伏組件之間的屏障，也起到光伏部件和鉑催化劑間電力連接作用。采用這種方法，我們就可以在保持這些設(shè)備性能的同時(shí)，大大提高它們的穩(wěn)定性，”安東尼奧·格雷羅研究員說。

從水和陽光中獲取像氫這樣的太陽燃料是解決全球能源問題的一項(xiàng)策略?！拔覀兺耆梢垣@取可再生能源，就像從陽光和水中獲取氫這樣的高能燃料。此外，氫作為化合物在生產(chǎn)化肥或合成氫化合物等工業(yè)領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用，” Giménez指出。

這項(xiàng)PHOCS(通過有機(jī)催化系統(tǒng)光催化生氫)計(jì)劃下的研究，已經(jīng)得到了歐盟第七框架計(jì)劃的資助，旨在開發(fā)一種基于有機(jī)半導(dǎo)體材料的新設(shè)備，能夠進(jìn)行水的光解，從而有效地生產(chǎn)氫。這項(xiàng)研究尋求使用低成本以及更穩(wěn)定的材料來生產(chǎn)氫的最佳方法。

這個(gè)即將于2015年11月完成的項(xiàng)目，存在一個(gè)很大的挑戰(zhàn)，就是要證明有機(jī)材料(塑料)可用于光電化學(xué)方法制氫，這個(gè)目標(biāo)已經(jīng)達(dá)到了。Giménez解釋道，“氫這種高能燃料可以被當(dāng)作汽油，這種能源可以被轉(zhuǎn)換成電能和機(jī)械能?！边@些太陽燃料“會(huì)讓你在不久的將來去加油站時(shí)，不用加滿汽油，而是加滿氫，這些氫能夠通過燃料電池轉(zhuǎn)化能電能，然后轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。在這個(gè)過程中，水是唯一的廢料?！币虼?，這個(gè)研究項(xiàng)目有助于將現(xiàn)有的依賴化石能源的能源消費(fèi)模式轉(zhuǎn)化為使用太陽能的尊重環(huán)境的可持續(xù)模式。

認(rèn)識“氫氣”

氫氣是世界上已知的密度最小的氣體，是相對分子質(zhì)量最小的物質(zhì)，氫是宇宙中含量最多的元素，氫氣的質(zhì)量只有空氣的1/14，即在0℃時(shí)，一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，氫氣的密度為0.0899g/L。所以氫氣可作為飛艇、氫氣球的填充氣體（由于氫氣具有可燃性，安全性不高，飛艇現(xiàn)多用氦氣填充）。氫氣主要用作還原劑。

氫氣 (H2) 最早于16世紀(jì)初被人工合成，當(dāng)時(shí)使用的方法是將金屬置于強(qiáng)酸中。1766——1781年，亨利·卡文迪許發(fā)現(xiàn)氫元素，氫氣燃燒生成水(2H2+O2=2H2O)，拉瓦錫根據(jù)這一性質(zhì)將該元素命名為 “hydrogenium”（“生成水的物質(zhì)”之意，"hydro"是“水”，"gen"是“生成”，"ium"是元素通用后綴）。19世紀(jì)50年代英國醫(yī)生合信(B.Hobson）編寫《博物新編》(1855年）時(shí)，把"hydrogen"翻譯為“輕氣”，意為最輕氣體。

常溫常壓下，氫氣是一種極易燃燒，無色透明、無臭無味的氣體?，F(xiàn)在工業(yè)上一般從天然氣或水煤氣制氫氣，而不采用高耗能的電解水的方法。制得的氫氣大量用于石化行業(yè)的裂化反應(yīng)和生產(chǎn)氨氣。氫氣分子可以進(jìn)入許多金屬的晶格中，造成“氫脆”現(xiàn)象，使得氫氣的存儲罐和管道需要使用特殊材料（如蒙耐爾合金），設(shè)計(jì)也更加復(fù)雜。

科學(xué)家提出光解水制氫新機(jī)制

利用太陽光分解水制氫，為人類提供清潔燃料，一直被視為“化學(xué)的圣杯”。本身具有電偶極矩的二維納米催化劑，可突破傳統(tǒng)理論對催化劑吸收單個(gè)光子能量的限制，用紅外光也可以分解水產(chǎn)生氫氣。這種催化劑內(nèi)存在的偶極會(huì)產(chǎn)生內(nèi)電場，吸附在催化劑兩個(gè)表面上的水分子會(huì)感受到不同的靜電環(huán)境，從而導(dǎo)致兩個(gè)表面上水發(fā)生氧化還原的條件變得不再相同。

如果氧化和還原分別發(fā)生在不同的表面，催化劑受到的最小單光子能量的限制原則上將不再存在。在這一新的光解水機(jī)制中，不僅紫外光和可見光，紅外光也可以用來促使水分解產(chǎn)生氫氣。這一研究的成功，大大擴(kuò)展了太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能中可利用的太陽光頻譜范圍，有望對未來新能源技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)生重要影響。

氫的利用將充滿人類生活

氫能被視為21世紀(jì)最具發(fā)展?jié)摿Φ那鍧嵞茉?，人類對氫能?yīng)用自200年前就產(chǎn)生了興趣，到20世紀(jì)70年代以來，世界上許多國家和地區(qū)就廣泛開展了氫能研究。氫能利用方面很多，為了達(dá)到清潔新能源的目標(biāo)，有的已經(jīng)實(shí)現(xiàn)，但人們?nèi)栽谂ψ非蟆?

氫氫動(dòng)力汽車

以氫氣代替汽油作汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料，已經(jīng)過日本、美國、德國等許多汽世公司的試驗(yàn)，技術(shù)是可行的，目前主要是廉價(jià)氫的來源問題。

氫是一種高效燃料，每公斤氫燃燒所產(chǎn)生的能量為33.6千瓦小時(shí)，幾乎等于汽車燃燒的2.8倍。氫氣燃燒不僅熱值高，而且火焰?zhèn)鞑ニ俣瓤欤c(diǎn)火能量低（容易點(diǎn)著），所以氫能汽車比汽油汽車總的燃料利用效率可高20%。

當(dāng)然，氫的燃燒主要生成物是水，只有極少的氮?dú)浠?，絕對沒有汽油燃燒時(shí)產(chǎn)生的一氧化碳、二氧化硫等污染環(huán)境的有害成分。氫能汽車是最清潔的理想交通工具。

氫能發(fā)電

大型電站，無論是水電、火電或核電，都是把發(fā)出的電送往電網(wǎng)，由電網(wǎng)輸送給用戶。但是各種用電戶的負(fù)荷不同，電網(wǎng)有時(shí)是高峰，有時(shí)是低谷。為了調(diào)節(jié)峰荷、電網(wǎng)中常需要啟動(dòng)快和比較靈活的發(fā)電站，氫能發(fā)電就最適合搶演這個(gè)角色。

利用氫氣和氧氣燃燒，組成氫氧發(fā)電機(jī)組。這種機(jī)組是火箭型內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)配以發(fā)電機(jī)，它不需要復(fù)雜的蒸汽鍋爐系統(tǒng)，因此結(jié)構(gòu)簡單，維修方便，啟動(dòng)迅速，要開即開，欲停即停。

在電網(wǎng)低負(fù)荷時(shí)，還可吸收多余的電來進(jìn)行電解水，生產(chǎn)氫和氧，以備高峰時(shí)發(fā)電用。這種調(diào)節(jié)作用對于用網(wǎng)運(yùn)行是有利的。另外，氫和氧還可直接改變常規(guī)火力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行狀況，提高電站的發(fā)電能力。例如氫氧燃燒組成磁流體發(fā)電，利用液氫冷卻發(fā)電裝置，進(jìn)而提高機(jī)組功率等。

家庭用氫 

隨著制氫技術(shù)的發(fā)展和化石能源的缺少，氫能利用遲早將進(jìn)入家庭，首先是發(fā)達(dá)的大城市，它可以像輸送城市煤氣一樣，通過氫氣管道送往千家萬戶。每個(gè)用戶則采用金屬氫化物貯罐將氫氣貯存，然后分別接通廚房灶具、浴室、氫氣冰箱、空調(diào)機(jī)等等，并且在車庫內(nèi)與汽車充氫設(shè)備連接。人們的生活靠一條氫能管道，可以代替煤氣、暖氣甚至電力管線，連汽車的加油站也省掉了。這樣清潔方便的氫能系統(tǒng)，將給人們創(chuàng)造舒適的生活環(huán)境，減輕許多繁雜事務(wù)

作為新能源，其安全性受到人們的普遍關(guān)注。從技術(shù)方面講，氫的使用是絕對安全的。氫在空氣中的擴(kuò)散性很強(qiáng)，氫泄漏或燃燒時(shí)，可以很快地垂直升到空氣中并消失得無影無蹤，氫本身沒有毒性及放射性，不會(huì)對人體產(chǎn)生傷害，也不會(huì)產(chǎn)生溫室效應(yīng)。