有机调和水燃料怎么做

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2021-05-26 01:02 标签：
其实只要吉普斯自由能小于0就可鉯 不过现在流行用太阳能进行光解,这是1991年由著名光催化专家M Graetzel教授在《Nature》上首先报 道的，用光敏化纳米晶二氧化钛光伏电池则把太阳能嘚光电化学转化向人工模拟光合作用的高度推进了 一步。
但是从化学热力学上讲水作为一种化合物是十分稳定的。要使水分解为氢和氧昰一个耗能极大的上坡反应由于受热力学平衡限制，采用热催化方法很难实现但水作为一种电解质又是不稳定的，根据理论计算在電解池中将一个分子水电解为氢和氧仅需要1。23V如果把太阳能先转化为电能，则光解水制氢可以通过电化学过程来实现
绿色植物的光合莋用就是通过叶绿素吸收太阳光，再把光能转化为电能借助电子转移过程将水分解的据此，太阳能分解水制氢可以通过三种途径来进行 　　（1）光电化学池（PEC），即通过光阳极吸收太阳能并将光能转化为电能光阳极通常为光半导体材料，受光激发可以产生电子
空穴對。光阳极和对极（阴极）组成光电化学池在电解质存在下光阳极吸光后在半导体导带上产生的电子通过外电路流向对极，水中的质子從对极上接受电子产生氢气光电化学池法的优点是放氢放氧可以在不同的电极上进行，减少了电荷在空间的复合几率其缺点是必须加偏压，从而多消耗能量
　　此外，由于电池结构比较复杂难以放大。为此有人建议采用固态电解质制成固态电解质电池（SEC），但材料比较昂贵很难大量推广应用这一方法自1972年日本东京大学A。 Honda教授首次在《Nature》上报道之 后曾有一定发展，但很快被络合光催化和半导体咣催化法所取代
　　（2）光助络合催化术p人工模拟光合作用分解水的过程。在绿色植物中吸光物质是一种结构为镁叶琳的光敏络合物，传递电子通过酿类光合作用的原初反应过程发生在被称为光系统：的P680中心上。在该中心上具有镁咋琳结构的叶绿素分子通过吸收680nm可見光诱发电荷分离，使水氧化分解而释氧与此同时，质酮发生光还原
电荷转移反应通过一种折叠的双层膜组织——类囊体来进行。光誘发产生的电子从类囊体的膜内向膜外运动从而分别在类囊体的内部和外部产生氧化和还原产物。在类囊体内部由于光氧化释氧所产苼的质子只能从膜上特定的微孔通过，致使聚集在膜之间的质子形成一定浓度梯度
由质子浓度梯度所产生的势能和通过下一步化学反应形成的中间物就储存了太阳光。显然从光解水的角度而言，在绿色植物光合作用中首先应该是通过光氧化水放氧储能，然后才是二氧囮碳的同化反应由于光氧化放氧通过电荷转移储存了光能，在二氧化碳同化过程中与质子形成碳水化合物中间体只能是一个暗反应
只從太阳能的光化学转化与储存角度考虑，无疑光合作用过程是十分理想的因为它不但通过光化学反应储存了氢，也同时储存了碳但对於太阳能光解水制氢，所需要的是氢而不是氧则不必从结构和功能上去模拟光合作用的全过程，而只需从原理上去模拟光合作用的吸光、电荷转移、储能和氧化还原反应等基本物理化学过程
而化学家的首要任务应该是先设计并合成一种金属络合物使其具有叶绿素的功能。由于叶绿素的基本结构是镁叶琳人们最先想到的是采用金属外琳络合物作为光敏剂模拟光合作用，实现太阳能分解水制氢然而，根據我们和许多作者的早期工作采用镁外琳作为光敏剂构建光解水体系催化活性并不高。
铜、锌、铁、锰等过渡金属叶琳络合物作为光敏劑的催化体系光解水的活性反而高于镁叶琳。 70年代初发现的Ru（bpv）2+3（三 双毗陡钉）由于具有良好的吸光和电荷转移功能格外引人注意。J．N Demas、H。DGafney、N。Sutin和V
Balzani等一大批科学家对它的光电化学性质进行了系统研究。70年代中以M。 Glaetzel和J．M Lehn为代 表，采用三双毗陡钉为光敏剂构建的絡合催化光解水体系把太阳能分解水制氢的研究大大向前推进了一 步。络合催化光解水尽管可以从结构和功能上对光合作用进行模拟泹反应体系比较复杂。
除了电荷转移光 敏络合物以外还必须添加催化剂和电子给体等其他消耗性物质。此外 　　大多数金属络合物不溶于水只能溶 于有机溶剂，有时还要求有表面活性剂或相转移催化剂存在以提高接触效率加之金属络合物本身的稳定性 差，可能会对环境造成潜在的污染很快就被半导体光催化所取代。
　 （3）半导体光催化即将TiO2或CdS等光半导体微粒直接悬浮在水中进行光解水反应。这一方法首先是由AJ．Bard及其合作者在70年代未报道的，80年代初MGraetzel和J。MLehn等推动了它的发展。半导体光催化在原理上类似于光电化学池细小的光半导体颗粒可以被看作是一个个微电极悬浮在水中，它们象光阳极一样在起作用
所不同的是它们之间没有象光电化学池那样被隔开，甚臸对极也被设想是在同一粒子上在半导体微粒上可以担载铂，有人把铂作为阴极来看待但从铂的作用机制上看更象是催化剂。因为在沒有“外电路”只有水作为电解质的情况下光激发所产生的电子无法象在体系外的导体中一样有序地从“光阳极”流向“阴极”，铂的主要功能是聚集和传递电子促进光还原水放氢反应
和光电化学池比较，半导体光催化分解水放氢的反应体系大大简化但通过光激发在哃一个半导体微粒上产生的电子空穴对极易复合。这样不但降低了光电转换效率而且也影响光解水同时放氢放氧。M Graetzel及其合作者曾采用RuO2莋为催化剂促进光解水放氧，但实验证明即使在同时有铂存在下也只能加速光解水总包反应的进行而无助 于在光解水产氢中同时放氧。
通过向反应体系中注入气相氧进一步证实在光照下氧气会大量被半导体微粒 吸收而使半导体材料氧化。尽管半导体光催化循环分解水同時放氢放氧未能实现象络合催化光解水一样必 须在反应体系中加入电子给体或受体分别放氢放氧，但半导体光催化的发展却为光催化研究打开了若干新 的领域
如大气和水中污染物的消除以及光氧化合成含氧化合物等。这些新型光催化反应的发现都是基于 对光催化分解沝认识的深化和受光催化分解水的启发 水做燃料的可能性要看它的经济效益和运用的方便程度。

1986年初菲律宾的马尼拉，传出了┅大新闻：一个叫丁格尔的工程师经过现场表演高兴地宣布，他最新改装成功靠水作动力的汽车；行程147公里只用了半升汽油和15升水。

沝怎么成了汽车的燃料这同水的成分有关。水本身是由氢和氧化合而成的尽管水中的氢、氧原子十分“团结”，但只要通过特殊的办法就可以把它们分离成为能燃烧的氢和可助燃的氧。试验证明氢在空气中燃烧，可获得1000度以上的高温而在氧气中燃烧，温度还要高兩倍半所以，只要将水分解得到氢、氧两“兄弟”，便可获得“风助火势”的效果

人们曾设想：要是在汽车上安装一个微型的分解裝置，将燃料箱灌满水随车制取氢气和氧气作燃料，就能驱动汽车了

1985年9月，英国一位发明家在水箱的水面下设置一个旋转的铝鼓，洅用一条铝丝伸向铝鼓只要在铝丝和鼓之间加上1.8万伏的高压，就可以放出氢和氧通过发动机的气化器驱动汽车。他还用发动机驱动一個交流电机作为产生分解水的电力。

然而未等英国发明家试车，菲律宾工程师丁格尔却捷克先登了他经过14年的努力，设计出一个“秘密装置”设置在一块磁石上面，把水缸和气化器连接起来这辆汽车只需几次滴汽油启动，然后切断燃料供应便能用海水、啤酒、鈳口可乐，甚至尿作“燃料”驱动

用水代汽油开汽车，现在还只是一种实验科学家正在探索实用的途径。1990年日本发明家川中松义郎巳研制成用水作燃料的汽车发动机，它比汽油发动机发出高三倍的动力可以预见，水将成为汽车的新能源

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