可重复太阳能制氢和电池发电的碘化氢（HI）循环-高效生成碳中和所需的绿色氢-

演示要点

〇绿氢据说是实现碳中和的关键^[1]
〇利用单壁碳纳米管高效绿色制氢^[2]协助
〇​利用制氢副产物发电，实现再次制氢的新机制

摘要

　工学研究生院工学部（生命科学和应用化学）的石井洋介副教授和川崎慎司教授开发了一种新能源循环，可以反复产生太阳能氢和电池电力。通过利用与制氢伴随的氧化反应中碘离子的氧化，减少所需能量，实现了高效的绿色制氢（上图）。我们还成功地利用将制氢副产物碘分子作为电极并嵌入单壁碳纳米管中的电池来发电（下图）。当进行这种发电时，摄入的碘变成碘离子，可以再次用于配对反应生成氢气（回到图的顶部，石井和川崎将这个循环描述为碘化氢（嗨)循环)。
目前，二氧化碳 (CO₂)，而由阳光等可再生能源产生的绿色氢作为下一代能源最受关注。另外，使用电池发电CO₂这一发现可以说是开创性的，使得重复产生绿色氢气和电池动力成为可能。
　这个研究结果是2023年份9月4

图1　新开发的碘化氢（HI）循环可以重复太阳能制氢和电池发电。

研究背景

　石油和煤炭等化石燃料燃烧时排放的二氧化碳₂是全球变暖的一个主要原因，最近的异常天气被认为是由于全球变暖造成的。化石燃料的另一个问题是它们将在不久的将来耗尽并变得无法使用。为了解决这些能源和环境问题，CO₂的绿色氢有望成为下一代能源。
目前，商业上可用的氢气是通过分解天然气获得的，天然气是一种化石燃料，并非不含化石燃料或二氧化碳₂不是灰氢^[3]绿色氢的生产并不容易，因此与灰氢一样，二氧化碳也是以天然气为原料。₂的方法，但这并没有提供根本的解决方案。

研究内容/结果

　绿色氢生成困难的原因如前所述，但通过利用碘离子的氧化反应作为氢生成反应的反反应，可以期待高效的氢生成。该研究小组实际上已经证实，使用碘比配对反应是产氧反应时的效率更高。
作为氢气生产过程中的副产品获得I₂分子抑制氢的产生，但在单壁碳纳米管中I₂我们发现，通过吸收分子可以长时间持续制氢。
　我们构建了一种以单壁碳纳米管中储存的碘作为正极、金属锌作为负极的电池，并证实它可以发电。我们表明，这种发电将碘离子返回到溶液中，可以再次用于制氢反应。

社会意义

日本是2050我们已经宣布，我们的目标是到2017年实现碳中和，而碳中和是解决能源枯竭和全球变暖等环境问题所必需的。
迈向碳中和，CO₂绿色氢有望作为能源，电池发电也是CO₂现在，本课题组发现的这两项技术可以连续使用嗨循环开发研究将极大地有助于实现碳中和。

未来展望

　我们的目标是通过优化实验条件（例如改进光催化剂）来更有效地生产氢气。通过对不同直径和长度的单壁碳纳米管进行实验嗨我们将继续进一步延长循环寿命。此次开发的新能源循环不仅不需要昂贵的贵金属元素，成本效益高，而且是一种环保技术，不会排放过量废物，预计很快就会投入实际应用。

术语表

[1] 绿色氢：在制造过程中使用可再生能源（阳光等）CO₂

[2]单壁碳纳米管：具有一个碳六边形网格表面卷起的结构的碳纳米管。多个管嵌套在一起的结构称为多壁碳纳米管。

[3]灰氢：甲烷，天然气的主要成分（中文₄)中提取氢气。在生成过程中CO₂，而且还使用化石燃料。商业上使用的大部分氢气是灰氢。

论文信息

论文标题：利用单壁碳纳米管重复太阳能制氢和电池发电的碘化氢能量循环
作者姓名：Yosuke Ishii、Midori Umakoshi、Kenta Kobayashi、Runa Kato、Ayar Al-zubaidi、Shinji Kawasaki
杂志名称：Physics Status Solidi
发布日期：2023 年 9 月 4 日
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研究相关

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