作业帮如何提取氢气
来源：学生作业帮助网 编辑：作业帮 时间：2024/05/04 19:27:49
如何提取氢气
如何提取氢气
如何提取氢气
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.