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  • 1 # 懵逼的攻城獅

    目前來說,沒有科學證據表明,水能在太Sunny下發生分解,也就是沒有發現這一類的催化劑或者中間物。

    水分子是H-O-H,氫和氧結合的非常緊密,理論上需要提供足夠的能量才能打斷氫氧鍵。而從化學勢的角度講,形成水分子比氫氣氧氣能量更低,更穩定。水煤氣的反應,水和碳在高溫下能生成一氧化碳和氫氣,這是因為加入了碳,變相引入了一個反應,由碳生成二氧化碳,奪取了水分子中的氧,且使得總反應△G<0,從而使得反應能自發進行。

    理想很美好,現實並沒有這麼容易。太Sunny的條件,還是太溫和了。在實驗室裡,各種極端條件如高溫、高壓都在嘗試,然而還是沒有聽到確切的催化劑

  • 2 # 科海一葉扁舟

    光在一定條件下能與水反應,分解出氫氣和氧氣。光分解水是早期地球大氣層中氧氣的來源,也是現代人類發展清潔能源的一個重要方向。

    眾所周知,太陽能和水都是豐富的清潔資源。利用Sunny將水分解為氫氣是一個非常誘人的把太陽能轉化為可儲存能源的想法。到底能不能實現?科學正在一步一步使其變為現實。

    地球早期大氣中氧氣的由來

    在地球形成初期,大氣成分和現代不同,主要是甲烷和氫,有少量氨和水汽,幾乎沒有氧氣。因為地球形成之初,地表很多金屬鐵,氧元素很易透過氧化金屬鐵而儲存在地表。

    早期的地球,高空無臭氧層存在,太陽遠紫外輻射能穿透上層大氣到達低空,把空氣中的水汽和海面的水分解為氫氣和氧氣,大氣中逐漸多了氧氣。

    由此可見,光分解水在自然界中早已經是存在的,只是需要能量較高的短波長遠紫外線。目前的大氣環境,由於臭氧層的阻隔,透射進來得太Sunny紫外線光譜佔比只有3~4%,直接利用太Sunny分解水看似行不通。

    中國科技大學田善喜教授的一項研究,揭示了早期地球上氧氣產生的全新機制。研究指出在早期大氣環境中,存在較多的二氧化碳和低能量電子。這些二氧化碳分子可以捕獲低能電子,而後可能發生兩種解離反應,即產生碳原子負離子和自由氧原子或者氧分子。

    此外,地球早期氧氣來源還有三體重組反應機理。紫外線光解二氧化碳的氧自由基和光解水蒸氣產生的羥基自由基反應產生氧氣,並由第三方介質吸收反應放出的熱量。

    也有研究表示,地球早期二氧化碳直接光解的效率比三體重組反應更高。

    近代光解水制氫的發展

    光解水制氫技術始自1972年,由日本東京大學Fujishima A和Honda K首次報告發現TiO2單晶電極光催化分解水產生氫氣,讓我們看到了利用太陽能直接分解水制氫的可能性,開闢了制氫的新途徑。

    光解水的原理為:光輻射在半導體上,當輻射的能量大於或相當於半導體的禁頻寬度時,半導體內電子受激發從價帶躍遷到導帶,而空穴則留在價帶,使電子和空穴發生分離,然後分別在半導體的不同位置將水還原成氫氣或者將水氧化成氧氣。

    不過,早期的催化劑催化水解反應都是需要紫外光下進行。還是回到上文提到的,太Sunny中紫外線光譜佔比只有3~4%,這就讓這項研究很難實際應用。

    80年代至今已經發展了幾代不同型別的光催化劑,期望能直接利用可見光來光解水,高效的製備氫氣。但目前為止,雖然已有多種直接利用可見光分解水的催化劑,但各種催化劑還沒有達到理想的效果,總有各種缺陷。

    但這條路前景是十分光明的,隨著材料化學的發展和科研人員的不懈努力,相信取得技術突破的日子並不遙遠了。

    綜上所述,在一定條件下,光能與水反應,光解出氫氣和氧氣,並且這個反應的應用是獲取新能源的一個重要研究方向。

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