科学家用肺部原理将水变为氢气

美国斯坦福大学的科学家设计了一种电催化机制，可以将水转化为燃料，其工作原理类似于哺乳动物的肺。该技术或能帮助现有的清洁能源技术更有效地运行。相关研究近日发表在《焦耳》上。

对大多数生物来说，吸入和呼出的动作都是自动进行的，可能会被误认为十分简单，但哺乳动物的呼吸过程实际上是自然界中发现的最复杂的双向气体交换系统之一。每次呼吸时，空气通过肺部微小的细支气管到达被称为肺泡的小气囊。在那里，气体必须进入血液而不是简单地扩散，这可能导致有害气泡的形成。但肺泡的独特结构（包括一层微米厚的膜，它在内部排斥水分子，而在外部表面吸引水分子）阻止了这些气泡的形成，并使气体交换变得高效。

斯坦福大学材料科学与工程系Yi Cui实验室的研究人员从这一过程中获得了灵感，从而开发出更好的电催化剂——能够提高电极化学反应速率的材料。该研究第一作者Jun Li表示：“清洁能源技术已经证明了快速向反应界面输送气体反应物的能力，但反向途径——从催化剂/电解质界面生成高效气体产品——仍具有挑战性。”

该团队在结构上模仿了肺泡，并进行了两个不同的过程，以改进驱动燃料电池和金属空气电池等可持续技术的反应。

第一个过程类似于呼气。这种机制将水分解成氢气，这是一种清洁的燃料。氧气则通过一层由聚乙烯制成的类似肺泡的薄膜快速生产和运输，而不需要形成气泡的能量成本。第二个过程更像是吸入，通过消耗氧气的反应产生能量。氧气被输送到电极表面的催化剂上，可以作为电化学反应中的反应物。

研究人员表示，虽然仍处于开发的早期阶段，但该设计似乎很有前途。与传统的碳基气体扩散层相比，超薄的纳米聚乙烯膜具有更长时间的疏水性。该模型能够实现比传统设计更高的电流密度和更低的过电位。

内容来源：中国科学报