剑桥大学的一个研究小组创造了一种创新的漂浮装置，利用太阳能将受污染的水或海水转化为清洁的氢燃料和纯净水。这种装置特别适用于资源有限或没有电网的地区，因为它可以在任何开放水源中运行，而且不依赖外部电源。

剑桥大学的研究人员发明了一种太阳能装置，可将受污染的水转化为清洁的氢燃料和饮用水，为全球能源和水危机提供了一种可持续的解决方案。图片来源：Chanon Pornrungroj/Ariffin Mohamad Annuar

它的灵感来自光合作用，即植物将阳光转化为食物的过程。不过，早期的"人造树叶"可以利用清洁水源生产绿色氢燃料，而这种新设备则不同，它可以利用污染水源或海水，同时还能生产清洁饮用水。

对该装置的测试表明，它能够从高度污染的水源、海水甚至剑桥市中心的卡姆河中生产清洁水。相关结果发表在《自然-水》杂志上。

技术挑战与突破

论文共同第一作者、剑桥大学优素福-哈米德（Yusuf Hamied）化学系的 Chanon Pornrungroj 博士说："将太阳能燃料生产和水净化结合在一个设备中是非常棘手的。太阳能驱动的水分裂（水分子被分解成氢气和氧气）需要从完全纯净的水开始，因为任何污染物都可能毒害催化剂或引起不必要的化学副反应。"

共同第一作者阿里芬-穆罕默德-安努阿尔（Ariffin Mohamad Annuar）说："在偏远或发展中地区，清洁水相对稀缺，净水所需的基础设施也不容易获得，因此水分裂极为困难。一个可以使用受污染水的装置可以同时解决两个问题：它可以分水制造清洁燃料，也可以制造清洁饮用水。"

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。图片来源：Chanon Pornrungroj/Ariffin Mohamad Annuar

Pornrungroj 和 Mohamad Annuar 都是 Erwin Reisner 教授研究小组的成员。他们将光催化剂沉积在纳米结构的碳网上，这种碳网对光和热都有很好的吸收能力，光催化剂利用它产生的水蒸气生成氢气。经过拒水处理的多孔碳网既能帮助光催化剂漂浮，又能使其远离下面的水，从而避免污染物干扰其功能。

此外，新装置还能利用更多的太阳能量。穆罕默德-安努阿尔说："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，还有大量光谱没有被利用。"

研究小组在浮动装置的顶部使用了一层白色的紫外线吸收层，通过分水制氢。太阳光谱中的其余光线被传输到装置底部，使水汽化。

Pornrungroj 说："我们就能更好地利用光--我们得到了用于制氢的水蒸气，剩下的就是水蒸气了。这样，我们就真正模仿了真正的树叶，因为我们现在已经能够将蒸腾作用的过程纳入其中。"

潜在的全球影响

仅利用太阳能就能同时制造清洁燃料和清洁水的装置有助于解决世界许多地区面临的能源和水危机。例如，根据世界卫生组织的数据，使用煤油等"肮脏"燃料做饭造成的室内空气污染每年导致 300 多万人死亡。如果改用绿色氢气做饭，就能大大减少这一数字。全球仍有 18 亿人缺乏安全的家庭饮用水。

穆罕默德-安努阿尔说："它的设计也非常简单：只需几个步骤，我们就能制造出一种能很好地处理各种水源的设备。它对污染物的耐受性很强，浮动设计使基质可以在非常浑浊或泥泞的水中工作。这是一个用途广泛的系统。"

领导这项研究的莱斯纳说："我们的设备仍然只是一个原理验证，但如果我们要发展真正的循环经济和可持续的未来，我们就需要这些解决方案。气候危机与污染和健康问题密切相关，开发一种有助于同时解决这两个问题的方法将改变许多人的生活。"

编译自：ScitechDaily