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水，化学分子式H2O，氢和氧的结合。从水中分离氢并非难事。然而，氢气的收集和储存一直是个技术难点，抑制了光解水制氢的实际应用。日前，中国科大的学者们破解了这一难题，该校微尺度物质科学国家实验室江俊教授、赵瑾教授合作，利用第一性原理计算，提出了光解水制氢储氢一体化的材料体系设计，该方案具有低成本、通用性、安全储氢的优点。

 光解水制氢发展一度停滞

 早在20世纪70年代，就有人提出了一个氢能经济这一看似可持续方案。以用之不竭的太阳光驱动，把水分解为氢气和氧气。

 “氢气的产生，依赖于光生电子和空穴分别迁移到氧化和还原位点，使得二者间距必须小于电子的平均自由程，也就是10—50nm。如此短的间距不仅导致逆反应的发生无法避免，也增加了分离和收集氢气的困难。”中科大相关研究人员介绍说，另一方面，氢气的安全存储是一项长期的挑战。氢气与氧气混合极易爆炸，十分危险。而常用的高压液化后金属储氢成本高，使用不便。因此，在开发出低成本收集氢气和安全储氢的解决方案之前，太阳能光解水制氢无法得以有效的大规模应用。

  研究实现氢气有效提纯

  研究人员从诺贝尔奖获得者、英国科学家安德烈·海姆爵士和中国科学技术大学吴恒安教授的研究工作得到启发：石墨烯能够隔绝所有气体和液体，却对质子能够“网开一面”，大方放行。利用这一大自然给质子开的“方便之门”，江俊等设计了一种二维碳氮材料与石墨烯基材料复合的三明治结构。

 在这次的三明治结构体系中，碳氮材料夹在两层官能团修饰的石墨烯中。在过程中，石墨烯仅仅为氢原子放行，而光解水产生的氢气不能穿透石墨烯材料，导致光解水产生的氢气分子将被安全地保留在三明治复合体系内；同时O2，OH等体系也无法进入复合体系，抑制了逆反应的发生，实现了高储氢率下的安全储氢。