互动科普

加入氢可以提升原油提炼的品质，氢还可以用来合成氨（生产现代农业肥料的原材料）。同时，氢也是环保型燃料电池的重要组成部分，它所产生的绿色电力，能为氢能汽车和氢能卡车提供动力。但问题是，我们通常是用不可再生的天然气，经过蒸汽高温加热来制取氢气，会带来温室气体排放和其他环境问题。因此，科学家一直致力于寻找利用可再生能源制氢的新方法，以取代上述传统的制氢方法，最近发表在《自然·能源》（Nature Energy）杂志上的一篇论文表明，研究人员已经在该领域取得突破。

新方法使用光电化学（PEC）装置，利用光电解水制取氢气，这种太阳能电池可以比其他方法更有效地分解水分子。实际上，科学家一直致力于设计既高效又耐用，且性价比高的光电化学设备。18年前，这一技术取得了关键进展，当时美国国家可再生能源实验室（National Renewable Energy Laboratory）的电化学家约翰·特纳（John Turner）设计了一种由磷化铟镓（gallium indium phosphide）和砷化镓（gallium arsenide）半导体组成的装置。相较其他材料，上述材料能更加有效地将阳光转化为电能。特纳的设备创造了最高的太阳能制氢效率，该记录一直保持到2015年。但由于电池需要浸泡在酸性溶液中，很容易发生故障，这也使得制氢成本过于高昂。

为设计出新的制氢设备，圣迭戈州立大学的化学家顾静（Jing Gu，音译）带领研究团队尝试在制氢半导体表面添加涂层，以防止酸性溶液腐蚀。这些防护涂料极大延长了特纳设计的高效制氢设备的使用寿命，也诞生了新的光电化学制氢设备，该设备能在耐久性试验中保留八成的性能。虽然氢能经济时代——消费者可以自制氢气为汽车提供动力，或为自己的家制冷或供暖——离我们还很遥远，但至少顾静团队设计的制氢设备让我们看到，氢能经济时代并不是乌托邦式的炒作，或许有一天它会真的到来。