太阳能热化学制氢
太阳能分解水制氢
2HI H2 + I2
（热化学反应）
Fe2(SO4)3 + H2O 2FeSO4 + H2SO4 + ½O2（电化学反应）
H2O H2 + ½O2
据此原理建立的太阳能装置估计理论效率为 1520%，实际运行效率为10%左右。
太阳能光电化学电池大致可分为三种：
a. 光生化学电池，将太阳能转变成电能；
以太阳辐射为光源，添加某种特殊的光敏物质作为催 化剂，由光化学反应分解水制氢和氧。
原理： HOH H+ + e H OH- - e OH - e OFra bibliotek热化学、光化学
HOH
H + HO
2. 光化学分解水制氢
光化学分解水的反应大致可归纳为四种
形成单光子氢基的系统 h
X + H2O X+ + H +OHX+ + ½H2O X + H+ + ¼O2
在太阳光照射下，产生一连串不断的小气泡 1升溶液每小时可产生氢气1升
2009年，中国科学院大连化学物理研究所李灿院 士小组开发出一种三元光催化剂体系，产氢量子效率 达到93%，是目前最高的光催化产氢量子效率，已经 接近自然界光合作用的量子效率水平。
主催化剂： CdS 助催化剂：担载在CdS上的PdS和Pt 牺牲剂：Na2S/Na2SO3
热效应 / %
氯化钒
4
1000
71.8
氯化铁
3
1200
26.2
氯化铜
3
973
29.4
氯化铁-氧化铁
5
1073
32.5
碳-水蒸汽-铁
太阳能光伏电解水制氢的资料整理
太阳能光伏电解水制氢的定义：光伏电解水制氢是以太阳能为一次能源,以水为媒介生产二次能源-氢气的过程。
太阳能光伏电解水制氢的原理：典型的光电化学分解太阳池由光阳极和阴极构成。
光阳极通常为光半导体材料，受光激发可以产生电子空穴对，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带上产生的电子通过外电路流向阴极，水中的氢离子从阴极上接受电子产生氢气。
太阳能光伏电解水制氢的方法：（1）一步法：一步法就是不将电能引出太阳电池，而是在太阳电池的两个电极板上制备催化电极，通过太阳电池产生的电压降直接将水分解成氢气与氧气。
优点：免去了外电路，降低了能量损耗。
缺点：光电极的光化学腐蚀问题比较突出。
（2）两步法：将太阳能光电转换和电化学转换在两个独立的过程中进行这样可以通过将几个太阳电池串连起来，以满足电解水所需要的电压条件。
优点：在系统中可以分别选用转化效率高的太阳电池和较好的电化学电极材料以提高光电化学转换效率；可以有效避免因使用半导体电极而带来的光化学腐蚀问题。
缺点：两步法要将电流引出电池，这要损耗很大的电能，因为电解水只需要低电压，如若得到大功率的电能就需要很大的电流，使得导线耗材和功率损耗都很大，而且在电流密度很大时也加大了电极的过电势。
提高效率的关键：电化学反应的场所是电极,其结构和材料的选择,对降低电极成本和减少电解能耗起着非常重要的作用,同时又影响其大规模工业化的实用性。
电解水制氧电极的选择：（1）阴极：电极表面对氢的吸附能力对阴极的析氢过电位有直接影响,除此之外,氢气的形成还与电极性能、类型、电解液浓度和温度有关,最早的具有良好催化效果的析氢电极是Pt和其催化活性高,析氢过电位低,但是价格比较昂贵,无法推广,因此廉价的、具有高析氢活件的金属合金成为研究热点。
Engel-brewer价键理论认为,过渡金属合金能够提高析氢反应的电催化活性,其中Ni基合金电极因为具有良好的电化学稳定性、成本低、制备简单等优点成为研宄和应用最广泛的合金。
实验室氢气的制取方法
实验室氢气的制取方法第一条：传统法制取氢气传统法制取氢气指的是通过金属与酸或者碱的化学反应，来制取氢气。
其中最为常见的方法便是锌粉和盐酸的反应式：Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2↑。
这种方法既便宜易得，反应速度也非常快，但要注意安全使用。
第二条：吸附法制氢吸附法制氢主要通过氢气与适当的储存材料之间的相互作用，让氢气被吸附到材料中，再进行组分分离和纯化。
这种方法具有在常温、常压下制氢的能力，非常适合小规模制氢。
常见的储存材料包括活性炭、分子筛和金属有机框架（MOFs）。
第三条：氨解法制氢氨解法制氢是通过加热氨水，使其分解成氢气和氮气的混合气体，再用分离装置将两者分离，从而获得纯净的氢气。
这种方法需要较高的温度，但产出的氢气纯度相对较高，可以达到99%以上。
第四条：水热法制氢水热法制氢是利用水在高温高压下分解成氢气和氧气的反应。
这种方法需要较大的能量输入，但产出的氢气相当纯净，并浸泡在热水中可以产生热能，非常适合用于小型的热能系统发电。
第五条：电化学法制氢电化学法制氢主要是通过在电解槽中加入适当的电解介质，然后通电进行水的电解反应得到氢气。
这种方法的优点是可以高效地制取氢气，纯度也相对较高，但需要耗费较高的能量。
第六条：光解法制氢光解法制氢是通过利用太阳能或者其他光源的能量，将水分子分解成氢气和氧气。
其特点是可持续、清洁，但仍需要改进，因为其能量转化效率较低。
第七条：生物法制氢生物法制氢是利用微生物的生物代谢活性，将有机物质发酵转化为氢气的一种制氢方法。
生物法制氢具有产氢效率高、废弃物回收率高等优点，非常适合用于生物质能源的综合利用。
第八条：高温气相法制氢高温气相法制氢是利用高温爆炸反应，将天然气、甲烷等烃类燃料加热至高温，然后与水汽进行反应，将其转化为氢气和二氧化碳。
这种方法需要耗费很高的能量，但产出的氢气纯度高、产能大，被视作未来氢能源的重要途径之一。
第九条：微波辐射法制氢微波辐射法制氢是利用微波加热技术，将储存氢气的物质进行加热和分解，从而获得氢气。
可再生能源制氢技术,实践与应用
可再生能源制氢技术,实践与应用摘要：随着科技的发展，氢在工业生产中的地位越来越重要，人们对氢的需求也越来越大，对纯度的要求也越来越高，氢气作为最具潜力的替代矿物燃料，在今后的发展中将占据重要地位。
常规的氢气生产工艺既要消耗一次能源又要生产原材料，而利用可再生能源制氢的生产方法可以产生很高的能源效益。
关键词:可再生能源；制氢技术；实践引言：氢是二十一世纪最有发展空间的能源之一，可以帮助改善气候变暖问题、温室效应问题以及大气污染问题，当前，我国的氢能行业已经从传统的工业原材料转变为循环利用的可持续发展模式。
而推广和有效利用氢气必须先从氢能源入手，已经有专业领域开始在已有技术的基础上进行源头探索，旨在生产和开发更加经济适用的制氢新技术。
一、传统制氢技术（一）一次能源制氢一次能源制氢的基本原则是将原材料和水蒸汽或氧在特定的温度下转化成反应气体，再经过变换、分离和提纯，得到对应的纯氢。
当前，我国主要的生产形式是一次能源的生产。
（二）化工副产氢气回收许多化学过程中，氢并非主要产物，一般常见的氢气多数为附属产品，回收氢气以后可以进行再次循环利用。
该技术的应用范围包括烧碱、焦炭和氰化钠的生产。
每次生产2吨的氰化钠会产生1400Nm3的氢气，其中H2含量在81%-91%之间；焦炉煤气中的H2含量在62.3.%~72.3%之间，在2吨的焦炭中，可以得到840Nm3的辅助气体。
（三）含氢物质制氢氢气中包括了水、甲醇、硼氢化钠、氨等成分。
在八百摄氏度的温度下，气态氨被催化成氢、氮，再通过气相分离，获得了高纯度的氢。
硼氢化钠是一种以常规方法制备高纯度氢气的工艺。
硼氢化钠是一种很好的还原剂，可以通过在强的碱水中和催化剂的催化下进行水解而得到亚硼酸盐和氢。
在此基础上，将甲醇与水蒸汽充分搅拌，再经加压、加温等工艺，使其在催化、转换中得到氢气。
二、风光电解制氢技术（一）碱液电解制氢（ALK)电解水制氢是氢燃料电池反应的逆过程，即通过水电解在阴极上产生H2、在阳极上产生O2。
太阳能光解水制氢原理，这有望成为工业制氢气最好方法
太阳能光解⽔制氢原理，这有望成为⼯业制氢⽓最好⽅法氢能源为什么不能推⼴？最⼤的原因是没有可靠⾼效经济的氢⽓来源。
利⽤太阳能发电，然后电解⽔制氢⽆疑是⼀种最好的⽅法，⽬前太阳能电解⽔制氢效率达到10%以上，太阳能制氢成本(包括⽣产和运输)达到2~4美元/kgH2。
导读：1、光解⽔光催化研究开端；2、光解⽔光催化分解⽔的基本原理；3、光催化分解⽔反应热⼒学；4、光催化分解⽔反应动⼒学；5、太阳能光解⽔制氢研究进展；6、提⾼光催化剂分解⽔制氢效率的⽅法。
●在可再⽣能源资源中，太阳能是可以满⾜当前和未来⼈类能源需求最⼤的可利⽤资源，到达地球表⾯太阳能的0.015%已⾜以⽀持⼈类社会的正常发展。
因此，收集和转换太阳能资源⽤于进⼀步的能源供应，是解决当前⼈类⾯临的能源危机问题的⼀个重要途径。
光催化技术是通过光催化剂，利⽤光⼦能量将许多需要在苛刻条件下发⽣的化学反应，转化为可在温和的环境下进⾏的先进技术。
利⽤光催化技术分解⽔制氢，可以将低密度的太阳光能转化为⾼密度的化学能，在解决能源短缺问题上具有深远的应⽤前景。
美国能源部提出如果光催化分解⽔制氢的太阳能转换氢能效率达到10%，太阳能制氢成本(包括⽣产和运输)达到2~4美元/kgH2，这项技术就有可能⾛向⼤规模应⽤。
⽬前氢⽓呼吸机原理是⽤质⼦膜电解⽔制氢，未来⼤规模应⽤氢医学，家⽤吸氢机或者医院⼤规模供氢，可以采⽤这种太能够光解制氢。
但太阳能氢能转化受到诸多动⼒学和热⼒学因素的限制，⽬前半导体材料实现的最⾼太阳能转换氢能效率距离实际应⽤的要求还有很⼤的差距。
要解决太阳光分解⽔制氢技术在应⽤⽅⾯的瓶颈问题，关键在于提髙光催化剂的分解⽔制氢活性。
■光催化研究开端早在20世纪30年代，就有研究者发现在有氧或真空状态下Tio2在紫外线照射下对染料都具有漂⽩作⽤，⼈们还知道在此过程中Tio2⾃⾝不发⽣改变。
尽管当时TiO2被称为光敏剂"phoTiOsensitizer⽽不是光催化剂“ phoTiOcatalyst"。
太阳能制氢的能量转换、储存及利用系统
目录分析
该部分详细介绍了太阳能制氢的技术原理，包括光电化学制氢、光热化学制 氢和光生物制氢等主要技术。还深入探讨了各种技术的优缺点、应用领域和发展 趋势。
目录分析
该部分主要介绍了太阳能制氢过程中所需的能量转换技术，包括热能转换、 电能转换和化学能转换等。这些技术将太阳能转化为氢能，为氢能的产生提供了 必要的能源基础。
阅读感受
阅读感受
《太阳能制氢的能量转换、储存及利用系统》是一本关于新能源技术的书籍， 作者通过深入浅出的方式，将复杂的科学原理与实际应用相结合，使读者能够更 好地理解太阳能制氢技术的奥秘。
阅读感受
这本书的主要内容是关于太阳能制氢的整个流程，包括太阳能的收集、转化、 储存和利用。书中详细介绍了太阳能制氢的原理、工艺流程、设备以及相关的技 术发展。作者也讨论了太阳能制氢技术的经济性、环境影响以及未来的发展趋势。
本书介绍了太阳能制氢的储存和利用系统。储存系统包括氢气压缩储存、液态氢气储存、固态氢 气储存等，而利用系统则包括燃料电池、氢气发动机、氢气液化等。本书详细介绍了这些系统的 基本原理、设备选型和应用领域等方面的内容。
内容摘要
本书讨论了太阳能制氢技术的未来发展趋势和应用前景。随着太阳能制氢技术的不断发展，其应 用领域也越来越多，包括能源供应、能源储存、能源转换等方面。随着环保意识的不断提高，太 阳能制氢技术也将越来越受到重视。本书详细介绍了这些应用领域的基本原理和发展趋势等方面 的内容。 《太阳能制氢的能量转换、储存及利用系统》是一本关于太阳能制氢技术的书籍，具有很高的参 考价值和使用价值。该书籍不仅详细介绍了太阳能制氢技术的基本原理和应用领域，还详细介绍 了太阳能制氢技术的未来发展趋势和应用前景。
目录分析
该部分主要介绍了氢能的储存技术，包括压缩氢气储存、液态氢气储存和固 态氢气储存等。还讨论了各种储存技术的优缺点、应用领域和发展趋势。
氢能利用关键技术系列--制氢工艺与技术
氢能利用关键技术系列--制氢工艺与技术
氢能利用关键技术系列中的一项重要技术是制氢工艺与技术。
制氢是将氢从其它化合物中分离出来的过程，常用于制备氢气作为能源源。
以下是一些常见的制氢工艺与技术：
1. 热解法（热裂解法）：通过高温将化合物加热至分解温度，使其分解为氢气和其他产物。
常用的热解法包括水蒸气热解法、甲烷热解法等。
2. 电解法：利用电流将水分解为氢气和氧气，是一种常用的制氢方法。
常见的电解法包括碱性电解法、酸性电解法和固体氧化物电解法等。
3. 生物质制氢：利用生物质（如植物糖类、纤维素等）通过生物酶的作用产生氢气的过程。
这种方法具有环境友好和可持续性的特点。
4. 煤制氢：利用煤通过煤气化或其他化学反应将煤中的碳与水反应生成氢气。
煤制氢是一种能源转化的方式，可以实现煤的清洁利用。
5. 光解法：利用太阳能或其他光源通过光催化反应将水分解为氢气和氧气。
光解法具有可持续性和环境友好的特点。
除了以上常用的制氢工艺与技术外，还有一些新兴的氢气制备
技术，如光电催化制氢技术、微生物制氢技术等。
这些新技术在提高制氢效率、降低制氢成本以及减少碳排放等方面具有潜力。
制氢工艺与技术的发展将进一步推动氢能的应用和发展，为清洁能源转型做出贡献。
不同的制氢方法具有各自的适用范围和特点，根据具体的需求和条件选择制氢工艺与技术将非常重要。
太阳能分解水制氢
某些热化学循环分解水制氢过程的有关参数估计值
循环名称 氯化钒 氯化铁 氯化铜 氯化铁-氧化铁 碳-水蒸汽-铁 水蒸汽-铁-二氧化碳 碘化钾-氧化砷 IGI循环 C-5 IGI循环 A-2 Euraton循环 Mark-9通用电动机公司 氧化铯 溴化钙 氯化铁-氧化铁 步数 4 3 3 5 3 5 4 4 5 3 4 4 4 5 最高温度 / K 1000 1200 973 1073 1673 923 600 1200 1200 925 1000 1323 1000 923 热效应 / % 71.8 26.2 29.4 32.5 75.5 24.6 53.3 61.3 33.9 45.2 17.5 48.0 59.0 53.0
根据以上原理，太田等利用碘对光的敏感，设 计了包括光化学、热电反应的制氢流程：
hν 2FeSO4 + I2 + H2SO4 → Fe2(SO4)3 + 2HI （光化学反应） 2HI → H2 + I2 （热化学反应） Fe2(SO4)3 + H2O→ 2FeSO4 + H2SO4 + ½O2（电化学反应） ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ H2O ⎯⎯⎯→ H2↑ + ½O2↑
形成单光子⎯氢和氧的系统 hν Z + H2O ⎯⎯⎯→ ZO + H2↑ ZO ⎯⎯⎯→ Z + ½O2↑ ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ H2O ⎯⎯⎯→ H2↑ + ½O2↑ 形成双光子⎯氢和氧的系统 hν MLm + H+ ⎯⎯⎯→ MLmH+ MLmH+ ⎯⎯⎯→ ½[MLm]22+ + ½H2↑ ½[MLm]22+ + ½H2O ⎯⎯⎯→ MLm + H+ + ¼O2↑ ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ ½H2O ⎯⎯⎯→ ½H2↑ + ¼O2↑
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太阳能热化学制氢
太阳能热化学制氢是指利用太阳能直接或间接提供热能，通过化学反应将水分解产生氢气的过程。
太阳能热化学制氢主要有两种方法：
1. 光照法：利用太阳能光照产生高温，将水分解为氢气和氧气。
这种方法通常采用高温太阳能反应器，如太阳炉或太阳燃烧器，将聚光的太阳能转化为热能。
一般采用高温热电化学法，使得通过电解水分解的方式将水分解为氢气和氧气。
2. 热化学循环法：利用太阳能提供热能，通过特定的化学反应循环将水分解为氢气和氧气。
这种方法通常分为两步反应：第一步是利用太阳能提供热能，将一种媒介物或化合物转化为高温高压的气体，在这个过程中释放出氢气，同时产生废物；第二步是将废物通过热解或还原反应，再次转化为初始媒介物或化合物，同时释放出气体，并回收和再利用初步媒介物或化合物。
太阳能热化学制氢具有许多优点，如可持续性、环保性和广泛性等。
然而，目前这种技术还面临许多挑战，例如高成本、低能量转化效率和储氢问题等。
因此，还需要进一步研究和开发，以提高太阳能热化学制氢的效率和经济性。