浙江
研究人员近日开发出一种受天然叶片启发的新型“人工树叶”装置，能够利用阳光直接从受污染海水中生产清洁氢气，同时分解工业废水中的有毒污染物联氨（Hydrazine），实现能源生产与水体净化两项功能同步完成。这项成果已发表在《Nature Communications》期刊上，被认为为未来的绿色氢能生产提供了一种更高效、更可持续的新思路。
氢气被广泛视为未来重要的清洁能源之一，但传统制氢过程往往需要消耗大量能源。当前较为常见的方法是电解水，即通过电流将水分解为氢气和氧气。然而，大多数电解系统依赖宝贵的淡水资源，而海水虽然储量丰富，却因含有大量氯离子而难以直接利用。氯离子不仅会降低反应效率，还可能产生具有腐蚀性和毒性的氯化副产物，对设备造成损害。
为了克服这些难题，新加坡南洋理工大学研究团队设计出一种全新的光驱动装置。该装置可以像植物叶片进行光合作用一样收集太阳能，并将光能直接转化为驱动化学反应所需的电能，无需额外外部电源支持。
研究团队在装置的阳极部分引入了一种由铁、钴和铬组成的催化剂。这种催化剂能够将工业废水中常见的高毒性化学物质联氨分解为氢气和氮气。与传统电解水过程中产生氧气的反应相比，这种联氨氧化过程所需能量更低，因此能够明显提高整体制氢效率。同时，联氨作为污染物被有效清除，实现了废水净化功能。
研究人员表示，这一设计带来了双重收益。一方面，阴极利用阳光驱动海水产氢；另一方面，阳极在处理有害联氨的同时也额外产生氢气，从而提高系统总产氢量。此外，该催化剂具有优良的耐腐蚀性能，其电学、物理和化学特性还能够根据不同应用需求进行调整。
更重要的是，该反应机制还能显著抑制海水电解过程中有害氯化物副产物的生成。由于减少了腐蚀性和毒性物质的产生，设备运行稳定性和寿命均有望得到提升。
在光电转换部分，研究人员采用了铅卤钙钛矿材料制造阴极。这类半导体材料近年来因高效吸收光能并将其转化为电能而受到广泛关注。为了防止海水环境导致材料退化，团队使用含有银和铜颗粒的导电环氧树脂以及钛箔对其进行了保护。
实验结果显示，无论是在模拟海水还是实际海水样本中，该装置均能够稳定地产生电流。其光电流密度达到25毫安每平方厘米，处于目前铅基钙钛矿光阴极报道结果中的领先水平，表明其具有出色的太阳能转换能力。
稳定性测试同样表现突出。在相当于晴天自然阳光强度的条件下，装置连续运行超过72小时，性能依然保持稳定。与此同时，联氨浓度从0.5摩尔每升被降至0.5十亿分之一（ppb），远低于美国环保局规定的10 ppb安全限值。
研究团队认为，这项技术证明了利用太阳能直接驱动海水制氢并同步处理污染物的可行性。下一步，他们计划进一步拓展该平台的应用范围，使其能够处理更多种类的污染物，并探索将废弃物转化为燃料或工业化学品的可能性，从而推动绿色能源和环境治理技术的融合发展。
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