3月25日，錢江晚報以《科學匯｜借太陽一束光，沸騰而出的是潔凈的氫——水變燃料，奧秘在哪里》為題，報道我校鄭華均教授團隊在光催化產氫領域取得的新進展。

報道稱，我校鄭華均教授團隊長期致力于光/電催化研究，團隊創制的高性能光催化材料，在室溫下將水裂解獲得氫氣。團隊利用光化學沉積法在二維硫銦鋅納米片表面構筑了類似于金字塔形狀的貴金屬鉑單原子。當貴金屬鉑的質量分數僅為0.26%，即在100毫克催化劑中鉑的質量僅0.26毫克，在催化劑用量20毫克的前提下，該材料在可見光下的產氫速率為每小時350.1毫摩爾，是單純二維硫銦鋅納米片的17.8倍，較成功地解決了光催化產氫難題。

報道原文如下：

科學匯丨借太陽一束光，沸騰而出的是潔凈的氫——水變燃料，奧秘在哪里

錢江晚報·小時新聞記者 陳素萍

“惟江上之清風，與山間之明月，耳得之而為聲，目遇之而成色，取之無盡，用之不竭。是造物者之無盡藏也。”好比蘇軾所言，如果人類能利用風能、太陽能，將水、空氣轉化成燃料，真是近乎“完美”的能源方案。

如今，在“雙碳”背景下，清潔低碳是我國能源產業的發展方向。其中，氫氣因其燃燒熱值高、燃燒產物無污染，是未來清潔能源的首選。如何以最小的能量代價，將水裂解獲得氫氣，更是全球能源領域科學家們聚焦的研究熱點。

浙江工業大學鄭華均教授團隊長期致力于光/電催化研究。近日，該團隊創制的高性能光催化材料，在室溫下將水裂解獲得氫氣。

該研究成果于2022年3月11日被Nature Communications在線報道

借太陽一束光，沸騰而出的是潔凈的氫，聽起來是不是很神奇？本期科學匯，我們邀請了負責這個項目具體研究的時曉偉副教授開講，他將帶領同學們去一探究竟。

浙工大化學工程學院先進材料與電化學研究團隊

空間站的氧氣從哪來

初中課本上有答案

2021年10月，神舟十三號載人飛船搭載著“太空出差三人組”順利進入太空。根據任務安排，三位航天員將在太空中駐留6個月。再過不久，他們將返回地球。

大家都知道，去高原地區游玩，越往高處空氣越稀薄，很多人需要吸氧。宇宙空間可比高原高多了，地球周圍的宇宙空間，最低高度大約是10萬米，那里幾乎沒有空氣了，氣壓甚至是地面的百萬分之一。

駐留空間站那么長時間，航天員們呼吸的氧氣從何而來？其實，辦法有很多：從地面直接帶氧氣罐；使用固體燃料氧氣發生器，通過化學反應產生氧氣；還可以通過電解水制氧，這種方式在地面很少用，卻是空間站中提供氧氣非常重要的手段。

據報道，國際空間站的氧氣發生器就是電解水的制氧設備。在空間站，巨大的太陽能電池板可以供應免費的電力，而作為原料的水，可以從地球上通過補給船運送到空間站，還可以通過冷凝器回收機艙空氣中的水蒸氣，甚至使用航天員的尿液過濾和回收。

對于電解水，初中的同學們應該都不陌生，而且大家都要動手做實驗：在充滿電解液的電解槽中通入直流電，水分子在電極上發生電化學反應，分解成氫氣和氧氣。

那么，在一定條件下，水為什么能分解成氫氣和氧氣呢？

自然界有一條重要的定律，那就是物質守恒。物質在化學反應過程中原子種類不變，數目不增不減，只是發生重新結合，從一種連接方式轉化為另外一種連接方式，就像一個班級調換座位后重新劃分小組一樣，打亂又重組，但班里的人沒有變。

如果我們想要得到氧氣和氫氣，那么制備它們的原料也要含有同樣的元素，即氧、氫，而每個水分子就包含一個氧原子和兩個氫原子。水分解成氫氣和氧氣這個過程，化學方程式可以一目了然：2H2O =2H2↑+O2↑

陽光+水=清潔能源

光催化材料有新進展

對于空間站上的宇航員而言，分解水的目的，主要是為了得到氧氣，伴隨產生的氫氣可以排放到太空中。但對于地面上的人而言，如何將水裂解獲得氫氣，才是化學家們孜孜以求的事情。

人類正在從化石能源時代加速跨入可再生能源時代，如果能將陽光、水、空氣等變為燃料，就仿佛掌握了“無中生有”的能源密碼。而氫氣，則被稱為未來清潔能源的首選。

作為清潔能源，氫氣的優點突出：與傳統化石燃料不同，氫氣和氧氣可以通過燃燒產生熱能，也可以通過燃料電池轉化成電能，而轉化過程只產生水，并不產生溫室氣體或細粉塵；氫氣熱值高，是同質量化石燃料的3倍；氫的來源很多樣，通過化石燃料、電解水、核能、光催化等多種方式都能制取……

但需要注意的是，想要讓水分解成氫氣和氧氣，有一句前提是“在一定條件下”。水的能級比較低，狀態比較穩定，在自發的情況下是不會分解為氫氣和氧氣的，重新變成燃料必然要付出巨大的能量代價，比如說電解水就是利用電能來促使這個反應進行。

從能量的角度考慮，在燃料制備過程中，太陽能無疑是更理想的能量來源。太陽能的潛力是巨大的，僅1%到達地球干旱地區的太陽輻射就足以滿足全球能源消耗。

現如今，太陽能向燃料的轉化主要有兩種形式：一種先將太陽能轉化為熱或電，再耦合其他技術制造燃料；另一種是直接利用光催化劑，將太陽能轉化為化學能。

這其中，如何開發具有高選擇性、高反應速率和高穩定性的材料，有效地將太陽能轉換成我們可利用的燃料是目前該領域面臨的重要挑戰。比如，高性能光催化劑是光催化裂解水產氫的關鍵。

此次，浙工大鄭華均教授團隊在光催化產氫領域取得新進展，就是制備出了高性能的光催化材料。

鄭華均教授研究團隊

通常，科研人員通過在光催化劑表面負載貴金屬（例如鉑、鈀、金）納米顆粒來提高材料的光催化產氫性能。但貴金屬材料在自然界含量稀少，價格昂貴，制約了其大規模推廣使用。因此，如何使用盡可能少的貴金屬實現催化性能的大幅提高是光催化產氫面臨的重要課題。

此次，浙工大團隊利用光化學沉積法在二維硫銦鋅納米片表面構筑了類似于金字塔形狀的貴金屬鉑單原子。當貴金屬鉑的質量分數僅為0.26%，即在100毫克催化劑中鉑的質量僅0.26毫克，在催化劑用量20毫克的前提下，該材料在可見光下的產氫速率為每小時350.1毫摩爾，是單純二維硫銦鋅納米片的17.8倍，較成功地解決了光催化產氫難題。

理論計算氫原子在PtSS-ZIS表面的　吸附以及成鍵氫分子過程

二維ZnIn2S4納米片　表面構筑凸起狀鉑單原子形貌表征

在浙江工業大學的實驗室里，研究人員將催化劑在玻璃片上制備成薄膜后，在可見光照射和模擬太陽光下可以看到明顯的氣泡產生，利用太陽能通過光催化順利在室溫下分解水產氫。

時曉偉博士指導研究生

發展清潔能源

中國在行動

作為綠色低碳能源，清潔能源對改善能源結構、保護生態環境、實現經濟社會可持續發展和實現碳達峰碳中和具有重要意義。

近年來，中國清潔低碳化進程不斷加快，水電、風電、光伏、在建核電裝機規模等多項指標保持世界第一，建成世界最大清潔發電體系，成為推動全球清潔能源發展的重要力量。

水電方面，從葛洲壩、三峽、烏東德、溪洛渡、向家壩到白鶴灘水電站，中國沿長江而上建成世界最大清潔能源走廊。

風電方面，海上風電將是我國發展風電的主力。比如，在江蘇如東海岸線約30公里的海面上，海上風電場的風電機組疏密有致，屹立于海天之間。整個如東海上風電場總裝機量達70萬千瓦，每年上網電量18.9億千瓦時，可節約標準煤約57.91萬噸，減少二氧化碳排放158.38萬噸。

光伏方面，戈壁荒灘成了“藍色海洋”。海拔近3000米、曾經人跡罕至的青海省海南藏族自治州共和縣塔拉灘，隨著光伏發電的興起發展，換了新模樣：大片光伏板取代了光禿禿的沙石地面，整個塔拉灘生態光伏園總裝機量9000多兆瓦，年均發電96億千瓦時。

國家能源局負責人表示，接下來要加快發展風電、太陽能發電等非化石能源發電，不斷擴大綠色低碳能源供給，“十四五”時期風電光伏要成為清潔能源增長的主力。

錢江晚報新聞客戶端 “小時新聞”報道

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