石墨烯助力氢气制取产业

燃料电池技术是新能源的重大发展方向之一。虽然市场普及率远远不及锂离子这类纯电力动力电池，但其可持续的绿色产业链以及超长的续航里程使其市场对其的期待远超纯电力动力电池。近日，汽车氪获悉，氢燃料电池技术中，最主要的耗能“氢气”的制备技术上有了重大的突破。作为目前市场最受瞩目的“石墨烯”材质在该项技术中扮演了主要角色。

氢燃料电池技术

这是一种质子交换膜燃料电池技术。其中所指的燃料并非是指氢气作为燃料进入热机进行燃烧化学反应取得动力。而是通过质子膜使氢气和氧气发生水的逆电解反应。而在这个过程中会产生可观的电流。通过反复试验发现，该项技术可以替代常规的然有发动机提供的动力，续航里程可达700km，排放物只有纯净的水，而其碳排放则为零。因此这项技术在节能减排环保方面的影响是巨大的。通过使用该项技术所提供的清洁能源不仅可以替代现有的动力装置还能改善目前环境。欧洲和亚洲目前准备大力发展此项技术。

氢气设备

在燃料电池的应用上当然不可能只限于出行的用电方面。目前日本开发的氢燃料电池应用技术可使其搭载在公共交通工具上，而其不仅可以解决自己的发电用电需求外，还能成为一个移动的动力电源装置。可以为其他交通工具充电，还可以为楼宇等其他建筑物发电。

同时和油气产品相比较而言，氢气的物理特质决定了其可以构建固定的气体加注基站，还可以构建移动式加注基站。如果在移动出行领域氢燃料带来了非常可观的效果，那么很有可能氢燃料电池会以家庭为单位成为今后家庭用电，办公用电的主流趋势。以此推测，这对于氢气的消耗将是巨大的。因此制氢技术需要在氢燃料电池技术发展到达一个层面之前解决产能问题。

石墨烯助力氢气制备

目前光解水制氢过程中的逆反应严重、氢气难分离和存储方面有着较多的不稳定问题，这些因素严重的影响了氢气制备的产能问题。但目前通过实验，新型材料“石墨烯”能够很好的解决这些问题。

石墨烯能够隔绝所有气体和液体，却对质子能够放行。利用这一特点设计了一种二维碳氮材料与石墨烯基材料复合的结构。在这个三明治离形成高能电子和空穴并分别迁移中间的碳氮材料和外层的石墨烯材料上。而吸附在石墨烯基材料活性位点上的水分子在光生空穴的帮助下，发生裂解，产生质子。这些产生的质子受碳氮材料上内建静电场驱动，可穿透石墨烯材料，运动到内部的二维碳氮材料上，并且遇到电子后反应产生氢气。由于石墨烯唯一放行的仅仅是氢原子（质子），而光解水产生的氢气不能穿透石墨烯材料，导致光解水产生的氢气分子将被安全地保留在三明治复合体系内，抑制了逆反应的发生，实现了高储氢率下的安全储氢。

通过石墨烯的属性不仅能够很好的而解决光解水制氢的各种不稳定因素，还能大幅度的降低制氢的成本，提高了氢气的纯度。这在氢燃料应用上，可以为电解槽的续航里程与燃料电池的续航里程提升上有着很大的影响。