成果簡介由于可再生資源的可承受性不斷提高，用無二氧化碳技術供應全球能源需求正變得可行。氫是能源系統脫碳的一個有前途的載體，但需要更有效和可擴展的合成，以使其廣泛部署。近日，來自西班牙瓦倫西亞理工大學的J. M. Serra & J. M. Catalá-Civera等研究者，報道了固態離子材料在低溫(<250°C)下，經微波觸發氧化還原活化的水電解生產非接觸氫氣。相關論文以題為“Hydrogen production via microwave-induced water splitting at low temperature”于11月02日發表在Nature Energy上。研究亮點1. 該研究中水通過與非平衡摻釓的CeO2反應還原，該CeO2先前僅通過微波在原位進行電化學脫氧。微波驅動的還原反應通過瞬間電導率上升和O2釋放得以確認。這一過程是可循環的，而H2產率和能源效率則依賴于材料和動力。2. 低能分子(H2O或CO2)的脫氧導致了能量載體的形成，并在與Sabatier反應器結合時使CH4的生產成為可能。背景介紹工業、交通運輸和能源管理的可持續性將依賴于無二氧化碳技術和可再生電力，這得益于光伏太陽能和風力渦輪機園區日益增長的可承受能力。工業和運輸的電氣化將通過使用二氧化碳中性的能源載體或化學原料極大地有助于限制溫室氣體排放；然而，可再生能源的間歇性需要新的儲能工具配合新穎、高效的方法，使流程工業中單一工序電氣化。電池和電解水器使緊湊、靈活和持久的電能存儲成為可能。在H2分子中儲存能量是非常有趣的，因為它可以在燃料電池中轉換回電能或用于化學處理。今天的H2生產主要是通過重整碳氫化合物來完成的，這導致了大量的二氧化碳足跡。通過太陽能熱化學或光催化分解水和電解法從水和綠色能源中生產H2已經成為可持續的替代方案，現場溫室氣體的貢獻可以忽略不計。在熱化學循環中，水分子的高能量消耗的分裂，通常是通過使用可再生的能量載體(分子或固體劑如金屬或陶瓷)來還原水生成H2。水的氧化還原活化通常是通過高溫加熱或電解法進行的，以使這種非自發平衡極限反應發生，即吉布斯自由能發生較大的正變化。此文中，研究者報道了由微波觸發的固態離子材料氧化還原活化介導的水的無觸點制氫。微波輻射可以實現水的分解，這使得陶瓷氧化物在非常低的溫度(<250°C)下進行化學氧化還原循環(圖1)。第一步，微波與晶體氧化物相互作用，導致電導率瞬間上升，同時伴隨著材料還原(脫氧)。第二步，是通過與活化材料的自發反應將水分解，直接生成H2并使材料重新氧化。這種引人注目的反應也可以應用于其他氧化分子的還原，直接產生不同的分子能量載體，即將H2O和CO2轉化為合成氣，進而轉化為烴類。
