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从我们学习到的知识可以知道，水的分子式为：H2O，即一个水分子是由两个氢原子和一个氧原子组成的。如果我们想办法将组成水分子的氢原子和氧原子分开，那就可以得到氢气和氧气，因此水在经过一系列的反应后，是可以燃烧的。那么问题就来了，既然水是可以燃烧的，那么未来的我们可不可以用水来当做燃料呢？ 将水分解成氢气和氧气是一个大家都知道的技术，通过直流电将水电解就可以达到这个目的。早在1800年，科学家尼奥尔生和卡来尔就通过实验实现了将水电解的过程，1902年，著名的欧瑞康就开始从水中提取氢气用做商业用途。1934年，科学家法拉第为水电解的现象提供了完整的理论。 然而，如果要将水来当做燃料那又另当另论了。我们先来看一下在电解水然后再将其产生物当做燃料的过程中，能量是如何转换的。首先将水电解，这时电能转化为化学能，接着将氢气燃烧，这时化学能转化为热能，然后通过利用氢气燃烧产生的热能来推动发电机械，这时热能转化为机械能，最后发电机产生电流，这时机械能转化我们可以利用的电能。 以我们现有的技术，在这一系列的能量转换过程中，必然会损耗很多的能量，比方说我们最初输入了10焦耳的电能，有可能最终只能得到1焦耳的电能，显然这是不可行的。 就算是我们能够做到百分之百的能量转化，那通过电解水的方式，水也是不可以当做燃料的，根据能量守恒定律，在不计能量损失的情况下，我们最初输入了多少电能，那最终就只能得到和最初时一样的能量。那么用水当做燃料真的就不可行了吗？其实聪明的科学家们早就想到了办法。1972年，日本东京大学的两位教授Fujishima A和Honda K发现了利用太阳能分解水的方法，他们利用半导体的光催化作用来将水分解成了氢气和氧气，这个过程被称为“光解水”。 光解水的原理比较复杂，我们可以来简单的理解一下。半导体在温度升高或者受到能量激发的时候，它的一些电子会成为自由电子，同时在这些电子的原来位置留下相同数量的一种叫“空穴”的粒子，空穴这种粒子是半导体独有的，它带有和电子电荷量相同的正电。 太阳光辐射到半导体上，当辐射量达到一定的程度的时候，半导体内的电子和空穴会发生分离，这些电子和空穴就会和水发生反应并生成氢气和氧气。从能量转化的角度上来看，光解水的过程就是将太阳能转化为了化学能。为了提高反应的效率，科学家们还会在水里加入光催化剂，如钽酸盐、铌酸盐、多元硫化物等。 目前全球从事光解水研究领域的科学家有很多，我国的科学家也在此领域做出了重大的贡献，2014年1月，国际功能材料量子设计中心的杨金龙教授研究组在《物理评论快报》发表了一项成果，提出了一项全新的利用红外光线分解水的催化机制。2015年10月，中国科学技术大学的熊宇杰教授设计出一种拥有原子精度的，壳层结构的光催化剂，在提高光解水的效率的同时，又大大降低了光解水的成本。 氢能具有无可比拟的优势，是一种具有的高效、清洁、可持续的绿色能源。虽然光解水的科技还在研究阶段，暂时还不可能大范围的民用，但是随着人类文明的发展，全世界对能源的需要量将会越来越高，世界上各国都在重视新能源的开发利用，相信用水当做燃料在不久的将来会变成现实的，让我们静静期待吧。 |
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