[发明专利]一种激光全解水制氢方法

说明书

本发明属于全解水制氢气技术领域，具体涉及一种激光全解水制氢方法。本发明利用脉冲激光在液体中聚焦产生空泡，通过空泡迅速猝灭提供的瞬时高能和高温等微环境，实现水的高效全解，生成氢气和氧气等高附加值产物。一方面，利用激光产生局部高温环境有利于反应的快速进行，使水迅速解离；另一方面，利用激光产生的空泡能够迅速淬灭，使产物迅速释放并且难以通过逆反应回到初始状态。该方法无需催化剂，简单，干净，高效，产率高，且在室温环境下可实现。与经典的光催化、热催化和电催化等方法相比，此方法避免了环境高温、高压和高电流等苛刻反应条件，对发展全解水制氢和制氧新技术，以及脉冲激光在局部高温化学合成中的应用有重要的意义。

技术领域

本发明属于全解水制氢气技术领域，具体涉及一种激光全解水制氢方法。

背景技术

近年来，由于人类活动的不断加强，全球面临着严重的能源危机和环境挑战。“碳中和”是解决这一危机的重要方法。为实现“碳中和”这一目标，就要减少化石能源的使用，寻找新的清洁的可持续性能源。氢气作为一种洁净环保、质量能量密度高、燃烧热值高的能源，受到了人们的广泛关注。氢气来源广泛，其中最清洁高效的方法是通过水裂解制备氢气和氧气。目前，常规的全解水方法主要有热催化、光催化、电催化等。然而，上述这些方法都存在工艺复杂，能耗高、效率低等缺点，这是由于全解水需要大的化学反应势垒、复杂的反应路径所导致的。此外，缺乏经济高效的催化剂等因素也极大地阻碍了全解水的应用。因此，有必要寻找一种简单、温和、绿色的方法来全解水制氢和制氧。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种激光全解水制氢方法，采用脉冲激光在水中产生空泡实现对水的全解，生成氢气和氧气，该方法简单，干净，并能够实现对水的高产率全解，属于一种温和条件下全解水、使之转化成为氢气和氧气的方法。

为实现上述目的，本发明是通过以下技术方案来实现的：

本发明提供了一种激光全解水制氢方法，即通过激光在含水液体中产生高温空泡，利用高温空泡的迅速猝灭驱动水全分解而产生氢气。

优选地，所述激光为脉冲激光。

优选地，所述含水液体为纯水。

本发明利用脉冲激光在水等液体中聚焦，并产生高温空泡，从而使水迅速全解，生成氢气和氧气等相关产物。本发明的脉冲激光全解水利用了气泡内高温化学反应热力学和动力学的机理。在热力学方面，脉冲激光在液体中引起的极端高温促进了反应的高效进行，并保证了较高的产率。从动力学角度来看，气泡的快速猝灭过程会使气泡中发生高温化学反应的初级产物被冻结，而逆反应的高能势垒会阻止产物返回到初始状态。因此，热力学和动力学的协同作用保证了脉冲激光全解水的高效率。可见，脉冲激光在液体中产生的空泡技术有望成为除催化化学以外的一种温和条件下的高效全解水制备氢气和氧气的方法。

优选地，所述激光的作用时间为大于40min。

优选地，氧气和氢气的产率随着激光器能量的增大而增加；同时，氧气和氢气的产率也随着激光器频率的增大而增加。

优选地，所述激光的作用环境为室温。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：