分层氢化硅烷为安全、轻量化氢储存带来新方案

研究人员正在研究分层氢化硅烷作为一种新型固态氢载体，为新一代氢储存系统铺平道路。

氢是一种清洁能源，但目前仍缺乏高度可靠且安全的储存系统。分层氢化硅烷（Layered Hydrogen Silicane，L-HSi）被认为是一种极具前景的固态氢载体，具有安全、轻量和高能效等优势，并具备实际应用潜力。该材料在低强度可见光（如阳光或LED）照射下即可释放氢气，代表了氢载体系统研究的一个全新方向。

氢作为一种潜在燃料，可替代传统化石燃料，在燃烧或氧化过程中不产生二氧化碳，并且可由多种能源途径制备。然而，建立以氢为基础的能源体系，不仅需要清洁制氢技术，还必须解决氢气安全、高效的储存与运输问题。当前的储氢系统存在诸多缺陷：高压储氢罐的氢密度较低，且存在爆炸风险；液氢储罐则需要极低温环境，能耗巨大。

氨是一种众所周知的液态氢载体，具有较高的氢密度，但其脱氢过程需要大量能量，同时还存在腐蚀性和毒性等问题。为解决这些挑战，研究人员将目光转向固态氢载体材料。然而，大多数固态合金由重金属组成，其质量储氢密度有限。

在一项突破性研究中，由日本东京科学大学（Science Tokyo）的伊藤弘奈先生和宫内正宏教授、近畿大学的中井美绪女士和中野秀幸教授，以及筑波大学的近藤孝弘教授组成的研究团队，发现了一种新型固态氢载体——分层氢化硅烷（L-HSi）。该材料可在常温常压下，通过可见光照射释放氢气。相关研究成果已于2025年12月29日在线发表于《Advanced Optical Materials》期刊。

L-HSi 由硅和氢按 1:1 的比例组成，具有高达 3.44 wt.% 的质量储氢容量。与传统储氢系统不同，它是一种稳定的固态氢载体，仅需暴露在低强度光源（如阳光或 LED）下即可释放氢气。

研究人员通过 CaSi₂ 与盐酸（HCl）反应脱钙合成了 L-HSi，并测试了其释氢性能。他们将 L-HSi 粉末置于氩气氛围下的气流式反应器中，在常温常压条件下使用氙灯进行照射。L-HSi 的光学带隙为 2.13 eV，对应约 600 nm 波长，可吸收可见光。实验在开始 10 分钟后开启光照，并在 60 分钟时关闭。在照射过程中，研究人员清晰地观察到了气态氢的生成。

在黑暗条件下的加热实验以及详细的光谱分析进一步证实，氢气的释放并非源于光热效应，而是由 L-HSi 的带隙激发所驱动。具体而言，当照射波长低于 600 nm 时，材料才会释放氢气。在 550 nm 波长下，其最高量子效率可达 7.3%。

研究团队还进行了长期光照实验，将 L-HSi 分散于有机介质中并置于分散式反应器内。在持续可见光照射下，大约 46.7% 的化学键合氢原子被释放。此外，研究还证实，利用低强度、低成本的光源（包括阳光和 LED）即可高效产生氢气。

总体而言，L-HSi 是一种极具潜力的固态氢载体，有望为安全、轻量和高能效的氢储存技术开辟新的可能性。未来的研究将重点放在提升其可逆性和规模化应用能力，以推动其实际应用。

原文链接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adom.202502880?utm_source=chatgpt.com

（素材来自：东京科技大学 全球氢能网、新能源网综合）