近日，英国剑桥大学团队开发了一种漂浮的太阳能装置，可在世界任何地方将受污染的水转化为清洁的氢燃料和纯净水。该装置可在资源有限或离网环境中发挥作用，因为它可与任何开放水源配合使用，并且不需要任何外部电源。该研究结果发表在新一期《自然·水》杂志上。

灵感来自光合作用

研究人员发明了一种漂浮的太阳能装置，可将受污染的水或海水转化为清洁的氢燃料和饮用水。由于该装置可与任何开放式水源协同工作，且无需外部电源，因此可用于资源有限或偏远地区。

该装置的灵感来自光合作用。研究人员表示，太阳能驱动的水分解，即水分子被分解为氢气和氧气，需要从完全纯净的水开始，因为任何污染物都会损害催化剂或导致不必要的化学副反应。但在偏远或发展中地区，清洁水相对稀缺，而且水净化所需的基础设施也不容易获得，水分解极其困难。如果能使用受污染的水展开工作，则可同时解决两个问题：它可分解水来制造清洁燃料，同时制造出清洁的饮用水。

研究人员将光催化剂沉积在纳米结构的碳网上，该碳网是光和热的良好吸收体，光催化剂用来产生水蒸气。多孔碳网经过防水处理，既可帮助光催化剂漂浮，又可使其远离下面的水，这样污染物就不会干扰其功能。

转化为氢燃料和纯净水

Pornrungroj说："这样，我们就能更好地利用光--我们获得了用于制氢的水蒸气，剩下的就是水蒸气了。我们就真正模仿了真实的叶子，因为我们现在已经能够将蒸腾作用的过程纳入其中。"

研究人员称，他们模仿了植物叶子的蒸腾过程，通过这一方式可更好地利用光获得蒸汽来生产氢气。新装置对污染物的耐受性非常好，而且浮动设计允许基材在非常浑浊或泥泞的水中工作。

研究报告的合著者阿里芬-穆罕默德-安努阿尔（Ariffin Mohamad Annuar）说："在偏远或发展中地区，洁净水相对稀缺，净水所需的基础设施也不容易获得，因此水分裂极为困难。一个可以利用受污染的水进行工作的装置可以同时解决两个问题：它可以分水制造清洁燃料，也可以制造清洁饮用水"。

顶部使用紫外线吸收层

安努阿尔说："制造太阳能燃料的光驱动过程只使用了太阳光谱的一小部分，还有大量光谱没有使用。"

因此，研究人员在浮动装置的顶部使用了一层白色的紫外线吸收层，通过水分裂来制氢。太阳光谱中的其余光线被传输到装置底部，使水汽化。研究人员说，这更接近于模仿植物的蒸腾作用，即水在植物体内的流动过程，以及水从叶、茎和花等气生部分蒸发的过程。

研究人员利用真实世界的开放水源对他们的装置进行了测试，包括剑桥市中心坎河的水和造纸业的浑浊工业废水。在人工海水中，该装置在 154 小时后保持了 80% 的初始性能。研究人员说，由于光催化剂与水源中的污染物隔离，并保持相对干燥，因此该装置可以保持其运行稳定性。它对污染物的耐受性很强，而且浮动设计使基底可以在非常浑浊或泥泞的水中工作，因此这是一个用途广泛的系统。

研究人员认为，他们的设备有可能解决可持续发展和循环经济问题。

这项研究的通讯作者 Erwin Reisner 说："我们的设备仍然只是一个原理验证，但如果我们要发展真正的循环经济和可持续的未来，我们就需要这些解决方案。气候危机与污染和健康问题密切相关，开发一种有助于同时解决这两个问题的方法将改变许多人的命运。"

文章来源： cnBeta，北极星氢能网，科技日报