低碳环保新纪元无额外能耗海水直接电解制氢2022年度中国科学十大进展亮眼曝光

科学技术部高技术研究发展中心（基础研究管理中心）近期公布了2022年度中国科学的十大重大突破，其中包括：祝融号探测器揭示火星表面乌托邦平原的地质结构；FAST射电望远镜精确观测活跃重复快速射电暴现象；全新的方法实现了无需额外能量的海水直接转化为氢气过程；科学家们揭示了新冠病毒的突变机制及其免疫逃逸策略；研发出高效率的全钙钛矿太阳能电池和相关组件；开发了一种基于全新原理的开关器件，用于提高海量存储设备的性能；成功合成了超冷三原子分子的量子相干状态；在温和压力条件下实现乙二醇化学合成反应发生；发现飞秒激光如何诱导复杂材料形成微纳级别结构变化规律；实验验证了超导体中“分段费米面”的现象存在。其中，“无额外能耗海水直接制氢”这一进展尤为引人注目。据了解，长期以来，海水中的多种物质造成的一系列副反应和腐蚀问题一直是通过直接将水分解为氢气并释放氧气这一过程中难以克服的问题。深圳大学与四川大学合作的小组由著名物理学家谢和平领导，他们巧妙地结合了物理学中的流体动力学知识以及化学反应之间相互作用的特性，以此来解决这个难题。在他们看来，将界面上的物质分布、介质边界平衡等物理力量与化学反响联系起来，是开创性的尝试。这一理论框架不仅建立了一套能够自我调节稳定运行的“液态-固态相变驱动”模型，还进一步推出了一个利用机械压力的力量差去促使液体自然改变状态，从而实现更有效、低成本、高效率地从含有大量盐分的大型天然资源中提取纯净氢气。而他们设计制造的一个最初样本，即能够每小时生产386升氢气，无需任何其他能源补充，在真实环境下的连续稳定工作时间超过3200小时，并且其法拉第效率接近100%，即几乎所有输入能源都被转换为了输出产品，而非产生热量或其他副产品，这意味着只需要5.0千瓦时/立方米氢才能完成整个生产过程。此前一直困扰科技界及产业界这项技术领域的问题，如不需要淡化处理、没有副反应生成，也不需要额外消耗能量，这次创新成果终于打破了一切传统限制，为解决这一领域久已悬而未决的问题提供了坚实基础。