查尔姆斯理工大学：塑料颗粒促进太阳能高效制氢，无需铂金

瑞典查尔姆斯理工大学(Chalmers University of Technology)牵头的一支研究团队提出了一种无需稀缺且昂贵的铂金即可制取氢气的新方法。研究人员利用阳光、水以及微小的导电塑料颗粒，展示了如何以高效率、可持续且低成本的方式生产氢气。

氢能在全球可再生能源转型中扮演着关键角色。尽管其使用过程的副产物只有水，但要实现大规模且环境友好的氢气生产，仍面临诸多挑战。

其中一个主要难题是在利用阳光和水制氢时，通常需要使用铂金作为助催化剂。然而，地球上的铂金储量有限，其开采过程对环境和人类健康均存在风险。此外，铂金生产高度集中于少数国家，如南非和俄罗斯。

在一项发表于《Advanced Materials》的最新研究中，由查尔姆斯理工大学Ergang Wang教授领导的团队展示了一种完全不依赖铂金、却能高效利用太阳能制取氢气的方法。

这一研究突破为无铂太阳能高效制氢打开了新大门。在查尔姆斯理工大学化学实验室的反应器中，肉眼即可清晰看到氢气气泡不断生成，表明光催化反应正在高效进行。

查尔姆斯研究人员Alexandre Holmes介绍，该过程依赖于大量微小的导电塑料颗粒。这些颗粒浸没在水中后，能够同时与阳光及周围环境发生相互作用。通过对导电塑料颗粒进行先进的材料设计，我们可以在不使用铂金的情况下，实现高效、可持续的制氢，不仅成本大幅降低，其性能甚至可以超越基于铂金的系统。

新方法的关键在于对导电塑料材料的分子层面设计。这种被称为共轭聚合物的塑料能够高效吸收光，但通常与水的相容性较差。研究人员通过调控材料的分子结构，大幅提升了其与水的相容性。

Holmes表示：“我们还开发了一种方法，将塑料制成纳米颗粒，从而增强其与水的相互作用，并提升光驱动制氢效率。这种改进来自于颗粒内部更加疏松、更加亲水的聚合物链结构。”

在实验室反应器中，随着反应进行，氢气气泡不断生成，肉眼即可观察到，显示出光催化过程的高效率。

当模拟太阳光的灯照射到含有纳米颗粒的水溶液中时，氢气气泡几乎立刻开始形成并上升。随后，这些气泡被收集并通过管道引导至储存容器，产气量可实现实时监测。

Holmes指出：“仅使用1克聚合物材料，我们就能在一小时内生产约30升氢气。”

此外，查尔姆斯的另一项最新研究还表明，这种导电塑料可以在不使用有害化学品的情况下制备，并且成本更低。

Wang团队的下一步重要目标，是让制氢过程只依赖阳光和水，不再添加任何辅助化学物质。

目前，研究中仍使用维生素C作为所谓的“牺牲性抗氧化剂”。它通过提供电子，防止反应停滞，从而在实验室条件下实现较高的制氢速率。

Wang教授解释，要实现真正可持续的太阳能制氢，最终目标是在仅有阳光和水作为输入的条件下，同时将水分解为氢气和氧气。

查尔姆斯理工大学化学与化学工程系教授、研究负责人Ergang Wang表示：“在这一体系中去除对铂金的依赖，是实现社会可持续氢能生产的重要一步。现在，我们正开始探索新的材料和策略，以在无添加剂条件下实现整体水分解。这还需要几年时间，但我们相信方向是正确的。”

原文链接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202507702

（素材来自：查尔姆斯理工大学 全球氢能网、新能源网综合）