據(jù)外媒報(bào)道，由東京科學(xué)大學(xué)（Science Tokyo）的Hirona Ito先生和Masahiro Miyauchi教授、近畿大學(xué)（Kindai University）的Mio Nakai女士和Hideyuki Nakano教授以及日本筑波大學(xué)（University of Tsukuba）的Takahiro Kondo教授組成的研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了一種名為層狀氫硅烷（L-HSi）的新型固態(tài)氫載體。在常溫常壓下，可見光照射可使L-HSi釋放出氫氣。

圖片來源：東京科學(xué)大學(xué)

相關(guān)研究成果已在線發(fā)表于《Advanced Optical Materials》期刊。

氫是一種極具發(fā)展前景的燃料，可以替代傳統(tǒng)的化石燃料，因?yàn)樗谌紵蜓趸^程中不排放二氧化碳，并且可以從多種來源獲取。然而，氫能經(jīng)濟(jì)不僅需要清潔的生產(chǎn)方式，還需要安全高效的氫氣儲(chǔ)存和運(yùn)輸技術(shù)。

當(dāng)前的系統(tǒng)存在一些缺點(diǎn)：壓縮氫氣罐的氫氣密度低，且存在爆炸風(fēng)險(xiǎn)，而液氫罐需要極低的溫度且會(huì)消耗相當(dāng)大的能量。

氨是一種眾所周知的液態(tài)氫載體，具有很高的氫密度，但其脫氫過程需要大量的能量，并且存在腐蝕性和毒性等問題。

為了解決這些問題，研究人員開始關(guān)注固態(tài)氫載體材料。然而，大多數(shù)固態(tài)合金都含有重金屬，且其質(zhì)量儲(chǔ)氫容量有限。

層狀氫硅烷（L-HSi）是一種極具應(yīng)用前景的固態(tài)氫載體，它安全、輕量化、節(jié)能，具有實(shí)際應(yīng)用潛力。這種材料在低強(qiáng)度可見光源（如陽光或LED燈）照射下即可釋放氫氣。L-HSi代表了氫載體系統(tǒng)研究的新方向。

L-HSi由硅和氫以1:1的比例組成，具有高達(dá)3.44wt.%的質(zhì)量儲(chǔ)氫容量。與傳統(tǒng)的儲(chǔ)氫系統(tǒng)不同，它是一種穩(wěn)定的固態(tài)氫載體，只需暴露于低強(qiáng)度光源（例如陽光或LED燈）即可釋放氫氣。

研究人員通過氯化氫（HCl）對(duì)二硅化鈣（CaSi2）進(jìn)行脫鈣反應(yīng)合成了L-HSi，并測試了其氫氣釋放性能。他們將L-HSi粉末置于充滿氬氣的氣流式反應(yīng)器中，并在常溫常壓下用氙燈照射。

L-HSi的光學(xué)帶隙為2.13eV，對(duì)應(yīng)波長為600nm，能夠吸收可見光。實(shí)驗(yàn)開始10分鐘后開啟光源，60分鐘后關(guān)閉光源。在照射過程中，研究人員清晰地觀察到了氣態(tài)氫的生成。

在黑暗環(huán)境下進(jìn)行的進(jìn)一步加熱測試和詳細(xì)的光譜分析證實(shí)，氫氣的釋放并非光熱過程所致，而是由L-HSi的帶隙激發(fā)驅(qū)動(dòng)。具體而言，當(dāng)用波長低于600nm的光照射時(shí)，氫氣就會(huì)釋放出來。該材料在550nm波長處表現(xiàn)出7.3%的最大量子效率。

研究人員還進(jìn)行了長期輻照試驗(yàn)，將L-HSi分散在分散反應(yīng)器內(nèi)的有機(jī)介質(zhì)中。在長時(shí)間可見光照射下，約46.7%的鍵合氫原子被釋放出來。研究團(tuán)隊(duì)還證實(shí)，利用低強(qiáng)度、經(jīng)濟(jì)的光源，包括陽光和LED燈，可以有效地產(chǎn)生氫氣。

L-HSi是一種極具潛力的固態(tài)氫載體，有望為安全、輕量化和節(jié)能的儲(chǔ)氫方式開辟新的可能性。展望未來，該研究將著重于提高其可逆性和可擴(kuò)展性，以期應(yīng)用于實(shí)際場景。