氢气循环回路
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发布时间：2024-07-11 08:03
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时间：2024-08-23 18:52
将太阳能转化为氢能可以形成一种良性循环的能源体系。科学家已经描绘出了一种理想的氢能体系：利用太阳能分解水，再通过燃料电池将产生的H2和O 进行电化学反应，产生电能；副产物水又可作为太阳能制氢的原料。整个体系实现了完美的循环，而且对环境没有任何污染。
1．光解水制氢
目前，利用太阳能制氢主要有光解水制氢和氧
化物还原制氢两种方式。
由于水是一种稳定的化合物，其分解是非自发
的，因此利用光能分解水必须要有催化剂的参与。
作为一种很有吸引力的制氢方式，光解水制氢还存
在着一些问题：
(1)可见光的利用。相当多的研究使用以
TiO，ll 18]
、
ZrO2[1 2o]
、SrTiO3乜¨等为主的氧化物催化
剂，但激发光源主要为紫外光，且光解效率不高。为
了能够利用可见光进行光解水，一些研究者采用
CdO 、CdS 等对层状氧化物进行修饰。修饰后
的复合催化剂不仅光催化活性得到提高，而且将其
光谱影响扩大到了可见光范围。另外，Cu，O在可见
光范围内分解水的稳定性很好，并且由于压电现象
的存在而具有机械助催化的性质。
(2)催化剂的光腐蚀。CdS修饰虽然能明显提
高催化剂性能，但由于CdS属于窄禁带半导体材料，具有光腐蚀作用，尤其是对可见光敏感，因此其应用受到了*。
(3)能量转化效率不高。采用氧化物催化剂产
生光活性电荷的效率往往不高，难以达到足够的电
荷浓度来引发水的分解。这是由于半导体材料在光
的激发下产生的自由电子和空穴很容易进行再复
合，从而使光催化活性下降。一种解决办法是在保
证活性的前提下，增大活性点之间的距离。Liu等
人 采用高比表面的多孔MCM．41分子筛作为载
体，担载ZrO：作为活性物。由于将催化剂高度分
散，降低了光激发电子和空穴再复合的几率，其光催
化效率比未担载的ZrO：提高了2．5倍。另一种办
法是在光解过程中引入电子给体，使之与空穴或者
O：结合，发生不可逆反应，从而保证光活性的电荷
不被消耗。Li等人¨副利用有机废水中的草酸等作
为电子给体进行了实验探索。
(4)逆反应的存在。为降低制氢过程中的过电
势，可将Pt等金属担载于TiO：等氧化物半导体上。
但由于产生的H2和O：很容易在金属Pt上化合，而
且H2和O：生成H2O的反应在常温常压下就能达
到热力学平衡，因此Pt．TiO：催化剂很难直接将纯水
转变为H：和O：。Abe等人 发现，IO，’或I一离子
能够阻碍逆反应的进行，从而保证正反应的顺利进
行。Lee等人 将适量KI加入到KOH碱性水溶液
中，研究了KI和KOH浓度对光解过程的影响，并将
优化后的铂担量定为0．75wt％。
2．氧化物还原制氢
另一种利用太阳能制氢的方法是将金属氧化物
还原，再将金属与水反应产生氢气。金属可以通过
燃烧产生热量，或通过燃料电池和化学电源产生电
能，或通过水分解反应产生氢气，因而是一种很有潜
力的储存和运输能量的方式。然而，经历上述途径
产生能量后，金属都会变成氧化物的形式，需要被重
新还原才能循环使用。传统的还原方式是碳热还原
或电化学还原，耗能较高。而利用太阳能还原则既
能降低能源消耗，又能减少对环境的污染。
采用两步反应的回路模式 ，就可以更好地利
用太阳能来产生氢能，从而减少化石燃料的消耗和
污染物的排放。首先在焦炭和天然气等还原物质的
作用下，利用太阳能产生的热量，通过吸热反应，将
金属氧化物还原到更低的氧化态或是金属；然后再
经历一个放热过程，使低氧化态的金属氧化物或金
属与水反应，产生氢气。副产物金属氧化物作为能
量载体，经回收后参与下一次的还原反应；所产生的氢气中，大部分被储存起来，-d,部分可以用作下一
次循环的还原气，如图4所示。由此，以金属的氧
化．还原反应为桥梁，实现了太阳能到氢能的转化。
热心网友
时间：2024-08-23 18:53
2。设备还是先把太阳能转化为电能，然后用电解方法，太阳能不能直接分解水。
3。氢气的使用不是难关问题，主要是因为氢气和空气混合很容易爆炸，所以很不安全，因此只在一些工业中使用，不能投入生活中使用，比如平时我们常说的氢气球里面充的其实是氦气。
热心网友
时间：2024-08-23 18:53
一种方式是直接加热到1000度左右,水会分解为氢气和氧气的,但盛水的容器必须耐高压的.
另一种方法是太阳能转化为电能,再电解水,同样设备要的多,且能源利用率低.
一般用第一种方法.
用太阳能分解水的装置需要那些?
耐高压的的容器
氢气未能投入生活使用还有哪些难关为克服?
质量少,难液化,运输难,运输成本高,
热心网友
时间：2024-08-23 18:54
目前氢气未能投入生活使用是因为制取成本高，不易存储和使用
热心网友
时间：2024-08-23 18:54
