科學家找到了一種利用微波生產清潔氫氣的突破性方法
浦項工科大學的研究小組開發了一項突破性技術,利用微波克服了清潔氫氣生產的關鍵難題。在Gunsu S. Yun 教授和Hyungyu Jin 教授以及博士候選人Jaemin Yoo 和Dongkyu Lee 的領導下,團隊也揭示了這項創新工藝背後的科學機制。

他們的研究成果被《材料化學雜誌A》(Journal of Materials Chemistry A)作為封面內頁(見上圖)刊登,代表著更永續的能源解決方案邁出了重要一步。
隨著全球逐漸拋棄化石燃料,清潔氫因其零碳排放而成為一種前景廣闊的替代能源。然而,目前的氫氣生產方法面臨巨大的障礙。傳統的熱化學技術使用金屬氧化物進行氧化還原反應,需要極高的溫度,有時甚至高達1500°C (約2700 華氏度)。這使得此製程能源高度密集、成本高昂,且難以推廣使用。
為了應對這些挑戰,POSTECH 團隊求助於一種人們熟悉但卻未充分利用的能源:”微波”[1]能,與家用微波爐使用的能源相同。雖然微波通常與加熱食物聯繫在一起,但它也能有效地推動化學反應。研究人員證明,微波能將摻钆鈰(CeO2 )–制氫的基準材料的還原溫度降至600℃(約1100華氏度)以下,將溫度要求降低了60%以上。值得注意的是,微波能取代了反應所需的75% 的熱能,這在永續氫氣生產方面是一個突破。

微波作用下氧氣釋放示意圖(左)與對應的氧氣釋放與吸收圖(右)。資料來源:POSTECH
另一項關鍵進展在於”氧空位”的產生,[2] 氧空位是材料結構中的缺陷,對於將水分離成氫至關重要。傳統方法通常需要在極高溫度下花費數小時才能形成這些空位。 POSTECH 團隊利用微波技術,在低於600°C (約1100°F )的溫度下,僅用幾分鐘就取得了相同的結果。熱力學模型進一步驗證了這個快速過程,為了解微波驅動反應的機制提供了寶貴的資訊。
Hyungyu Jin 教授說:「這項研究有可能徹底改變熱化學製氫技術的商業可行性。 它還將為開發優化微波驅動化學過程的新材料鋪平道路。引入以微波為動力的新機制並克服現有工藝的局限性,是我們研究團隊跨學科密切合作取得的重大成就。
註解
微波- 頻率在300 MHz 至300 GHz 之間的電磁波。它們通常用於在無線通訊、雷達系統和微波爐中傳輸能量或加熱材料。
氧空位–材料中缺少一個氧原子,留下一個空位的狀態。這種空位可在增強電子流或化學反應性方面發揮關鍵作用。
編譯自/ ScitechDaily