如何提取氢气

【专家解说】：人工生产氢气，最为众所周知的方法莫过于电解水制氢。但是这种传统的方法并不经济，生产相当于一升汽油热量的氢气，至少需要消耗45度电能，况且人类电能本来已经非常缺乏。生产清洁的氢能源，关键在于能够寻找到一种没有污染耗能少的方法，从含氢最丰富的资源--水中提取出氢分子来。 在过去几十年里，研究人员都在寻找一些独特的催化剂，利用太阳的能量将氢气从水中提取出来。那些催化剂首先吸取太阳中的光子能量，然后利用这些能量加快水分子中氢原子和氧原子的裂解速度，而这两种原子反过来组成水分子的速度仍然很慢，所以最终有氢气和氧气从水中冒出来。这样的催化剂通常都是由一些无机物半导体材料制备而来的，譬如用在计算机芯片里面的硅元素。但是半导体催化剂的工作效率非常低，消耗的能量还是太多，根本不能进入真正的生产和生活领域。 现在，研究者们正在努力寻找一些能够更有效地吸取太阳能量的催化剂，使它们在原子间传送电子的能力更强大、速度更快。现在，这样的催化剂已经找到，不过它已经不是半导体类的无机物了，而是一种超级生物大分子，或者说巨型分子复合体。这种巨型分子复合体主要由两部分构成--分别称为分子的两种亚基，一部分负责从太阳光中吸收光子能量，另一部分负责获取自由电子。 以这种超级分子复合体为核心，可以组成一种利用日光能量将氢原子从水中提取出来的特殊装置。这种廉价高效的方法，可以获得大量的氢气用于驱动汽车、飞机、火车等，也可以用它们与空气中的氧气燃烧后生产清洁的水和能量，当然也可以用来制造燃料电池生产电能。 可以神奇组合的巨型分子 早在数年以前，科学家们就发现，含有金属元素钌的生物大分子对阳光的吸收效率非常高，并能够产生足够的能量将氧化态的氢元素还原成氢气产物。这个具体的化学过程就是:这种含有钌的大分子每次“吃饱”了光子以后，可以产生两个以上的电子，这些电子的能量将水分子裂解开来，就形成了单独的氢分子和氧原子。 最近科学家们创造的这种巨型分子由铑、钌、氯、碳、氮、氢等六种元素组成。这个巨型分子形状像一个长形的魔棒，它的两头是两个含有金属钌的亚基，用来捕捉太阳光子能量，产生自由电子;中心是含有金属铑的亚基，用来将钌亚基传来的能量(自由电子)裂解水分子间的化学键，从而分离出氢气;当然还有一个很重要的部分，那就是在这两个部位之间，有两个把它们联系起来的亚基，进行电子传输。这些亚基拆开以后可以独自完成自己的功能，当和其它的亚基组合起来后又可以完成新的更复杂的任务，这就像一些通用机械零件，通过不同的组装可以形成不同的机器，具有不同的功能，能完成不同的任务。 为了完成对这种神奇大分子的设计、制备以及使这种分子利用光能收集电子进入实用阶段，研究者们花费了整整十年的时间。现在，由于已经充分理解了这种巨型分子各部件的原理，要设计一套从水中抽取氢原子的系统不再是难事了。目前，研究者们仍然在继续调整这个巨型分子的计方案，使它的生产效率更高，使用过程更稳定。 这套巨型分子系统还可以通过安装具有新的功能的亚基，增加新的功能，从被裂解水分子中获取余下的部分--氧。除了裂解水以外，科学家们还相信，利用太阳能和这种巨型分子的设计思想，一些经济有效、功能多变的化学反应将出现在日常生活中，让人们能自己制造他们想要的化学产品。