太阳能装置同时产生清洁水和清洁燃料
研究人员开发了一种漂浮的太阳能装置，可以在世界任何地方将受污染的水或海水转化为清洁的氢燃料和纯净水。
该设备由剑桥大学的研究人员开发，可在资源有限或离网环境中发挥作用，因为它可以与任何开放水源配合使用，并且不需要任何外部电源。
它的灵感来自光合作用，即植物将阳光转化为食物的过程。然而，与早期版本的“人造叶子”可以从清洁的水源生产绿色氢燃料不同，这种新设备可以从污染的水源或海水源运行，同时可以生产清洁的饮用水。
该设备的测试表明，它能够从高度污染的水、海水，甚至剑桥市中心的卡姆河中产生干净的水。研究结果发表在《自然水》杂志上。
“将太阳能燃料生产和水净化结合在一个设备中是很棘手的，”该论文的共同主要作者、剑桥大学 Yusuf Hamied 化学系的 Chanon Pornrungroj 博士说。“太阳能驱动的水分解，即水分子被分解成氢气和氧气，需要从完全纯净的水开始，因为任何污染物都会害催化剂或导致不必要的化学副反应。”
“在偏远或发展中地区，清洁水相对稀缺，而且水净化所需的基础设施也不容易获得，水分解极其困难，”共同主要作者阿里芬·穆罕默德·安努尔(Ariffin Mohamad Annuar)说。“一种可以使用受污染的水工作的装置可以同时解决两个问题：它可以分解水来制造清洁燃料，并且可以制造清洁的饮用水。”
Pornrungroj 和 Mohamad Annuar 都是 Erwin Reisner 教授研究小组的成员，他们想出了一个可以做到这一点的设计。他们将光催化剂沉积在纳米结构的碳网上，该碳网是光和热的良好吸收体，产生光催化剂用来产生氢气的水蒸气。多孔碳网经过防水处理，既可以帮助光催化剂漂浮，又可以使其远离下面的水，这样污染物就不会干扰其功能。
此外，新设备使用更多的太阳能。“制造太阳能燃料的光驱动过程只使用了太阳光谱的一小部分——还有很多光谱没有被使用，”穆罕默德·安努尔说。
该团队在浮动装置顶部使用了白色的紫外线吸收层，通过水分解生产氢气。太阳光谱中的其余光传输到设备底部，使水蒸发。
“通过这种方式，我们可以更好地利用光——我们获得蒸汽来生产氢气，剩下的就是水蒸汽，”Pornrungroj 说。“这样，我们就真正模仿了真正的叶子，因为我们现在已经能够整合蒸腾过程。”
一种仅使用太阳能就能同时制造清洁燃料和清洁水的设备可以帮助解决世界许多地区面临的能源和水危机。例如，据世界卫生组织称，使用煤油等“肮脏”燃料烹饪造成的室内空气污染每年导致超过三百万人亡。相反，使用绿色氢烹饪可能有助于显着减少这一数字。全球仍有 18 亿人在家中缺乏安全饮用水。
“这也是一个非常简单的设计：只需几个步骤，我们就可以构建一个可以在各种来源的水上正常工作的设备，”穆罕默德·安努尔 (Mohamad Annuar) 说。
“它对污染物的耐受性非常好，而且浮动设计允许基材在非常浑浊或泥泞的水中工作，”Pornrungroj 说。“这是一个高度通用的系统。”
“我们的设备仍然是原理证明，但如果我们要发展真正的循环经济和可持续的未来，这些都是我们需要的解决方案，”领导这项研究的赖斯纳说。“气候危机以及污染和健康问题密切相关，开发一种有助于解决这两个问题的方法将改变很多人的游戏规则。”
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