《科学大众》
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晒晒太阳，水变氢
2012-03-23 15:30:19 文/李和昌
氢气燃烧时会产生热量，而且副产品只有水，没有污染。在新能源领域，氢能已被视为一种高效清洁的绿色能源，既可代替传统能源石油，也可依靠燃料电池转化为电能。另外，氢气在科学和工业领域也有广泛应用。因此，氢气一直被看成是人类向清洁能源过渡的首选物质。
长期以来，从水中分解出氢气是一个世界级难题。现在，一种新的制氢技术为氢能的开发和利用展示了前所未有的诱人前景。氢在自然界中含量最为丰富，它广泛存在于水、矿物燃料和各类碳水化合物中。但要想获得纯净的氢气，科学家们必须通过化学反应利用其他含氢化合物进行制备，现在使用的约96％氢气都由煤和天然气等非可再生能源产生，不仅无法解决能源短缺问题，由煤和天然气等非可再生燃料制造氢气还会排放出大量二氧化碳，带来严重的环境污染。
水变氢，不简单
太阳源源不断地将光和热输送到地球，为我们带来光明和温暖。每一秒钟，太阳照射到地球表面的能量就相当于500万吨煤燃烧所释放的能量。这样计算，一年照射到地球上的太阳能量接近人类年消耗总量的1万多倍。在矿物能源日趋枯竭、环境恶化加剧的情况下，资源丰富、干净清洁的太阳能势必会在未来的能源结构中扮演重要角色。
但长久以来，对于取之不尽用之不竭的太阳能，我们仍缺乏高效的转化和储存利用的手段。要使水中的氢氧键和氢键分离需要消化很大的外界能量。最初，在进行分解时必须符合以下两个条件：其一是实验处于高温环境；其二是水受到波长小于165毫米的远紫外光照射。后者的缺陷显而易见：紫外线在太阳光谱中仅占4％的比例，远低于占43％的可见光，不能使太阳光得到充分利用。1972年，日本科学家藤岛昭和本多健一报道了发生于二氧化钛半导体单晶电极上的光分解水生成氢气的现象。虽然产氢效率极低，但这个里程碑式的发现，让人们看到了利用常温可见光照射水来制备氢气的契机，光催化分解水制氢研究迎来了新纪元。光催化分解水制氢以取之不尽的太阳能为诱导、半导体催化材料为媒介，将水分解为氢气和氧气。而且，提取出的氢气作为能源使用后还会重新回到水的形态，不会过多消耗能源，也不会带来环境污染。因此，光催化分解水制氢的方法一浮出水面，就受到各国科学家的关注。
