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光催化劑制氫氣原理

生活更新时间:2024-09-09 16:53:37

光催化劑制氫氣原理（光催化劑将硫化氫轉化為氫）1

研究人員在二氧化矽粉末顆粒表面點綴了一些金“島”，它會與特定波長的可見光發生強烈的相互作用，驅動催化，将硫化氫變為氫氣（藝術圖）。

圖片來源：物理學家組織網

原标題：光催化劑一步到位将硫化氫轉化為氫

英國萊斯大學和美國普林斯頓大學科學家借助金納米顆粒，僅需一個步驟，就将石化煉油廠産生的臭氣熏天的副産品硫化氫轉化成了氫氣。新工藝效率高且成本低廉，在節能環保的同時還有望促進氫經濟的發展。相關研究刊發于最近的美國化學學會《能源快報》雜志。

硫化氫氣體具有明顯的臭雞蛋味，通常來自下水道、堆場和垃圾填埋場等地。對于煉油廠、石化廠等行業來說，它也是一個大問題，這些行業每年會産生數千噸這種有毒氣體，作為從石油、天然氣、煤炭和其他産品去除硫過程中的副産品。

為處理這些氣體并“變廢為寶”，萊斯大學化學家娜奧米·哈拉斯及其合作者研發了一種新工藝，使用金納米顆粒，且僅需一個步驟，就将硫化氫轉化為氫氣和硫。更重要的是，這一工藝所需的能量都來自于光。

哈拉斯解釋說，在最新研究中，她們在二氧化矽粉末顆粒表面點綴了一些金“島”，每個金“島”都是一個直徑約百億分之一米的金納米顆粒，它會與特定波長的可見光發生強烈的相互作用。這些等離子體反應會産生“熱載流子”——一種可以驅動催化的“短命”高能電子。

研究結果顯示，她們借助一組LED燈，就産生了熱載體光催化，并有效地将硫化氫氣體直接轉化成氫氣和硫，這與煉油廠用來分解硫化氫的現有催化技術形成了鮮明對比。目前煉油廠分解硫化氫的催化技術稱為“克勞斯工藝”，它會産生硫，但不産生氫，而是将氫轉化為水。此外，“克勞斯工藝”還需要多個步驟，其中一些需要将燃燒室加熱到約800多攝氏度的高溫。

哈拉斯表示，她們會不斷精簡這一最新工藝，最終使其變得成本低廉且效率極高，從而能夠經濟地從下水道氣體和動物糞便等來源清除非工業硫化氫。“鑒于這一工藝隻需要可見光而不需要外部加熱，使用可再生太陽能或高效固态LED照明即可，因此這一工藝相對比較簡單，而且得到的氫氣是目前極受追捧的氫經濟的‘主角’。”（記者劉霞）

來源：科技日報

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