科技日报北京4月23日电 （记者刘霞）韩国蔚山国立科学技术研究院团队开发出一款新型光电化学制氢系统。新系统利用太阳能和甘蔗废料中的糠醛协同制氢，降低了制氢过程中的二氧化碳排放量，且效率为美国能源部设定商业化基准的四倍。相关论文发表于新一期《自然·通讯》杂志。
作为备受瞩目的下一代清洁燃料，氢气燃烧时不会产生温室气体，且能量密度可达汽油的2.7倍。但目前大部分制氢工艺使用天然气，这一过程会排放大量二氧化碳。在最新研究中，团队另辟蹊径，利用从甘蔗废料中提取的糠醛来制氢，因而不产生二氧化碳排放。
最新系统创造性地构建了“双引擎”产氢机制：糠醛在铜电极上被氧化产生氢气，残留物质被转化为高价值产品糠酸。硅光电极上，水也被分解产生氢气。与传统光电化学系统相比，这种协同效应使理论产氢的效率大幅提升，实测性能达1.4毫摩尔/（平方厘米·小时），几乎为美国能源部设定标准0.36毫摩尔/（平方厘米·小时）的四倍。
当光电极吸收阳光并产生电子时，制氢过程就开始了。晶体硅光电极可以产生大量电子促进氢气生产。然而，0.6伏的低工作电压使其难以在没有外部电源的情况下启动制氢反应。为此，团队在电极上引入糠醛的氧化反应，平衡系统电压，解决了这一难题。
这一方法实现了无外接电源制氢，保留了晶体硅光电极的高光电流密度，促进了制氢效率。此外，该系统采用交叉背接触结构，最大限度地降低了光电极内的电压损耗。镍箔-玻璃复合封装结构也确保了电极的长效稳定。
这项突破大幅提升了太阳能制氢的经济可行性，为抗衡化石燃料制氢提供了关键技术支撑。
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