然而，由于海水混合了氫、氧、鈉和許多其他元素，使得利用化學(xué)反應(yīng)提取氫氣變得有些困難。而且，在制氫完成后是否會(huì)創(chuàng)造有危險(xiǎn)性的高鹽，并把高濃度的有毒氯氣放回了海洋環(huán)境。這些問(wèn)題都有待解決，因此目前有許多科學(xué)家在致力于這方面的研究。
近期，由美國(guó)能源部SLAC國(guó)家加速器實(shí)驗(yàn)室和斯坦福大學(xué)的研究人員領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)就找到了一種新方法，通過(guò)雙膜系統(tǒng)和電力直接從海水中“排出”氫氣，而且不會(huì)產(chǎn)生大量有害物質(zhì)。最新研究成果已于近期發(fā)表在了《焦耳》雜志上。
研究人員Adam Nielander說(shuō)：“如今，許多水制氫系統(tǒng)都試圖使用單層或單層膜。我們的研究將兩層結(jié)合在一起。這些膜結(jié)構(gòu)使我們能夠在實(shí)驗(yàn)中控制海水中離子的移動(dòng)方式。”
為了處理海水，該團(tuán)隊(duì)實(shí)施了雙層膜系統(tǒng)，并使用電解對(duì)其進(jìn)行了測(cè)試，電解是一種使用電力驅(qū)動(dòng)離子或帶電元素以進(jìn)行所需反應(yīng)的方法。SLAC和斯坦福大學(xué)博士后研究員Joseph Perryman說(shuō)，他們通過(guò)控制對(duì)海水系統(tǒng)最有害的元素——氯化物來(lái)開(kāi)始他們的設(shè)計(jì)。
最理想的膜系統(tǒng)需要執(zhí)行三個(gè)主要功能：從海水中分離氫氣和氧氣;僅移動(dòng)有用的氫和氫氧根離子，同時(shí)限制其他海水離子混入;防止不良反應(yīng)。將這三種需求結(jié)合在一起很難，而該團(tuán)隊(duì)此次似乎做到了。
在他們的實(shí)驗(yàn)中，質(zhì)子，即正氫離子，穿過(guò)其中一個(gè)膜層到達(dá)一個(gè)可以收集它們的地方，并通過(guò)與帶負(fù)電的電極相互作用轉(zhuǎn)化為氫氣。系統(tǒng)中的第二層膜只允許負(fù)離子(如氯離子)通過(guò)。
斯坦福大學(xué)化學(xué)工程研究生、合著者Daniela Marin說(shuō)，作為一種額外的支撐，一個(gè)膜層含有固定在膜上的帶負(fù)電荷的基團(tuán)，這使得氯化物等其他帶負(fù)電的離子更難混入不該去的地方。
在該團(tuán)隊(duì)的實(shí)驗(yàn)中，帶負(fù)電的膜被證明能高效地阻擋幾乎所有的氯離子，而且他們的系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)不會(huì)產(chǎn)生漂白劑和氯等有毒副產(chǎn)物。
接下來(lái)，該團(tuán)隊(duì)計(jì)劃通過(guò)使用更豐富、更容易開(kāi)采的材料建造電極和膜來(lái)改進(jìn)它們。該團(tuán)隊(duì)表示，這種設(shè)計(jì)改進(jìn)可以使電解系統(tǒng)更容易擴(kuò)展到為能源密集型活動(dòng)(如運(yùn)輸部門(mén))生產(chǎn)氫氣所需的規(guī)模。
