氫是一種有著很大應用潛力的新能源。西班牙海梅一世大學光伏和光電設備集團的研究人員已經開發(fā)出了一種有機裝置，僅僅用陽光就能用水生產氫。這些設備中使用的有機材料比現(xiàn)用的無機材料成本低，更高效也更具靈活性，但是當與水介質接觸時，它們的穩(wěn)定性還存在些問題。一項發(fā)表在物理化學期刊上的研究成果提到，這些設備已經實現(xiàn)了優(yōu)良的穩(wěn)定性，這就表明從有機材料中獲取太陽燃料邁出了重要一步。
這項研究的合作者Sixto Giménez指出，“氫的生產能夠在3個小時內完成，證實有機材料的穩(wěn)定性還為時尚早。”有機光伏設備在水中易腐蝕而且很容易損壞。“我們的策略是在光伏組件和促進氫氣生成反應的催化劑之間安裝一個物理屏障。為了達到目的，我們用納米二氧化鈦材料制作了一個致密層，不僅作為水和光伏組件之間的屏障，也起到光伏部件和鉑催化劑間電力連接作用。采用這種方法，我們就可以在保持這些設備性能的同時，大大提高它們的穩(wěn)定性，”安東尼奧·格雷羅研究員說。
從水和陽光中獲取像氫這樣的太陽燃料是解決全球能源問題的一項策略?！拔覀兺耆梢垣@取可再生能源，就像從陽光和水中獲取氫這樣的高能燃料。此外，氫作為化合物在生產化肥或合成氫化合物等工業(yè)領域有廣泛的應用，” Giménez指出。
這項PHOCS(通過有機催化系統(tǒng)光催化生氫)計劃下的研究，已經得到了歐盟第七框架計劃的資助，旨在開發(fā)一種基于有機半導體材料的新設備，能夠進行水的光解，從而有效地生產氫。這項研究尋求使用低成本以及更穩(wěn)定的材料來生產氫的最佳方法。
這個即將于2015年11月完成的項目，存在一個很大的挑戰(zhàn)，就是要證明有機材料(塑料)可用于光電化學方法制氫，這個目標已經達到了。Giménez解釋道，“氫這種高能燃料可以被當作汽油，這種能源可以被轉換成電能和機械能?！边@些太陽燃料“會讓你在不久的將來去加油站時，不用加滿汽油，而是加滿氫，這些氫能夠通過燃料電池轉化能電能，然后轉化為機械能。在這個過程中，水是唯一的廢料?！币虼?，這個研究項目有助于將現(xiàn)有的依賴化石能源的能源消費模式轉化為使用太陽能的尊重環(huán)境的可持續(xù)模式。
認識“氫氣”
氫氣是世界上已知的密度最小的氣體，是相對分子質量最小的物質，氫是宇宙中含量最多的元素，氫氣的質量只有空氣的1/14，即在0℃時，一個標準大氣壓下，氫氣的密度為0.0899g/L。所以氫氣可作為飛艇、氫氣球的填充氣體（由于氫氣具有可燃性，安全性不高，飛艇現(xiàn)多用氦氣填充）。氫氣主要用作還原劑。
氫氣 (H2) 最早于16世紀初被人工合成，當時使用的方法是將金屬置于強酸中。1766——1781年，亨利·卡文迪許發(fā)現(xiàn)氫元素，氫氣燃燒生成水(2H2+O2=2H2O)，拉瓦錫根據(jù)這一性質將該元素命名為 “hydrogenium”（“生成水的物質”之意，"hydro"是“水”，"gen"是“生成”，"ium"是元素通用后綴）。19世紀50年代英國醫(yī)生合信(B.Hobson）編寫《博物新編》(1855年）時，把"hydrogen"翻譯為“輕氣”，意為最輕氣體。
常溫常壓下，氫氣是一種極易燃燒，無色透明、無臭無味的氣體?，F(xiàn)在工業(yè)上一般從天然氣或水煤氣制氫氣，而不采用高耗能的電解水的方法。制得的氫氣大量用于石化行業(yè)的裂化反應和生產氨氣。氫氣分子可以進入許多金屬的晶格中，造成“氫脆”現(xiàn)象，使得氫氣的存儲罐和管道需要使用特殊材料（如蒙耐爾合金），設計也更加復雜。
科學家提出光解水制氫新機制
利用太陽光分解水制氫，為人類提供清潔燃料，一直被視為“化學的圣杯”。本身具有電偶極矩的二維納米催化劑，可突破傳統(tǒng)理論對催化劑吸收單個光子能量的限制，用紅外光也可以分解水產生氫氣。這種催化劑內存在的偶極會產生內電場，吸附在催化劑兩個表面上的水分子會感受到不同的靜電環(huán)境，從而導致兩個表面上水發(fā)生氧化還原的條件變得不再相同。
如果氧化和還原分別發(fā)生在不同的表面，催化劑受到的最小單光子能量的限制原則上將不再存在。在這一新的光解水機制中，不僅紫外光和可見光，紅外光也可以用來促使水分解產生氫氣。這一研究的成功，大大擴展了太陽能轉化為化學能中可利用的太陽光頻譜范圍，有望對未來新能源技術的發(fā)展產生重要影響。
氫的利用將充滿人類生活
氫能被視為21世紀最具發(fā)展?jié)摿Φ那鍧嵞茉?，人類對氫能應用?00年前就產生了興趣，到20世紀70年代以來，世界上許多國家和地區(qū)就廣泛開展了氫能研究。氫能利用方面很多，為了達到清潔新能源的目標，有的已經實現(xiàn)，但人們仍在努力追求。
氫氫動力汽車
以氫氣代替汽油作汽車發(fā)動機的燃料，已經過日本、美國、德國等許多汽世公司的試驗，技術是可行的，目前主要是廉價氫的來源問題。
氫是一種高效燃料，每公斤氫燃燒所產生的能量為33.6千瓦小時，幾乎等于汽車燃燒的2.8倍。氫氣燃燒不僅熱值高，而且火焰?zhèn)鞑ニ俣瓤?，點火能量低（容易點著），所以氫能汽車比汽油汽車總的燃料利用效率可高20%。
當然，氫的燃燒主要生成物是水，只有極少的氮氫化物，絕對沒有汽油燃燒時產生的一氧化碳、二氧化硫等污染環(huán)境的有害成分。氫能汽車是最清潔的理想交通工具。
氫能發(fā)電
大型電站，無論是水電、火電或核電，都是把發(fā)出的電送往電網，由電網輸送給用戶。但是各種用電戶的負荷不同，電網有時是高峰，有時是低谷。為了調節(jié)峰荷、電網中常需要啟動快和比較靈活的發(fā)電站，氫能發(fā)電就最適合搶演這個角色。
利用氫氣和氧氣燃燒，組成氫氧發(fā)電機組。這種機組是火箭型內燃發(fā)動機配以發(fā)電機，它不需要復雜的蒸汽鍋爐系統(tǒng)，因此結構簡單，維修方便，啟動迅速，要開即開，欲停即停。
在電網低負荷時，還可吸收多余的電來進行電解水，生產氫和氧，以備高峰時發(fā)電用。這種調節(jié)作用對于用網運行是有利的。另外，氫和氧還可直接改變常規(guī)火力發(fā)電機組的運行狀況，提高電站的發(fā)電能力。例如氫氧燃燒組成磁流體發(fā)電，利用液氫冷卻發(fā)電裝置，進而提高機組功率等。
家庭用氫
隨著制氫技術的發(fā)展和化石能源的缺少，氫能利用遲早將進入家庭，首先是發(fā)達的大城市，它可以像輸送城市煤氣一樣，通過氫氣管道送往千家萬戶。每個用戶則采用金屬氫化物貯罐將氫氣貯存，然后分別接通廚房灶具、浴室、氫氣冰箱、空調機等等，并且在車庫內與汽車充氫設備連接。人們的生活靠一條氫能管道，可以代替煤氣、暖氣甚至電力管線，連汽車的加油站也省掉了。這樣清潔方便的氫能系統(tǒng)，將給人們創(chuàng)造舒適的生活環(huán)境，減輕許多繁雜事務
作為新能源，其安全性受到人們的普遍關注。從技術方面講，氫的使用是絕對安全的。氫在空氣中的擴散性很強，氫泄漏或燃燒時，可以很快地垂直升到空氣中并消失得無影無蹤，氫本身沒有毒性及放射性，不會對人體產生傷害，也不會產生溫室效應。
