德国研究人员成功开发出一种新材料，能够将太阳光能量储存数天，并在需要时以氢气形式释放。即使在无光照条件下，该过程仍可进行。相关成果已发表在《自然·通讯》杂志上。
绿氢是能源转型的重要支柱之一，通常通过光催化过程利用太阳能生产。目前已有多种将太阳能转化为化学能并储存的技术，但此次是首次实现让材料将阳光能量储存数天后“按需”以氢气形式释放。
“可以将其理解为在分子层面上将太阳能电池和电池结合在一起。”乌尔姆大学无机化学研究所主任Sven Rau教授解释道。
研究团队使用了一种水溶性、具有氧化还原活性的共聚物作为临时能量或电子储存材料。共聚物由不同有机结构单元构成的大分子组成，它们形成稳定的框架，并配备了具有特定化学物理特性的功能单元。该系统充电效率超过80%，并能将能量保持数天。
“在需要时，我们可以以氢气形式获取化学能。储存的电子被高效地用于这一过程。”弗里德里希·席勒大学耶拿有机化学与大分子化学研究所主任Ulrich S. Schubert教授表示。他与Rau共同协调了此项研究。
通过添加酸和析氢催化剂，聚合物中储存的电子与质子结合，按需产生氢气。这一过程的效率达到72%。另一个重要优势是，该过程在黑暗中也能进行。
通过pH开关重启系统
随后若将溶液中和，系统可再次暴露于光照下并重新充电。
该研究的两位主要作者、乌尔姆大学的Marco Hartkorn和耶拿大学的Robin Kampes博士解释说：“这是因为基于聚合物的氧化还原反应是可逆的，能够实现多次充电、储存和催化循环。该工艺的好处在于无需先分离聚合物，只需改变系统的pH值即可重置系统。”
pH开关不仅具有实用性，还带来色彩变化：电池在酸性条件下放电时，颜色由紫色变为黄色;当用光重新充电后，黄色变回紫色，电池再次“待命”。
具有工业应用前景的新路径
Rau教授表示：“该项目具有科学意义，因为它将化学领域中通常交集较少的两个概念——高分子聚合物化学与光催化——结合在一起。”
研究人员认为，这种按需制氢的方法有望应用于能源密集型工业过程。例如，气候中和的钢铁生产依赖于可靠的绿氢供应。
Schubert教授强调：“这些成果为经济、可扩展的太阳能存储技术开辟了新前景，并为迈向可持续的化学基能源经济提供了重要基础。”
出版详情：作者：Marco Hartkorn等，标题：《一种用于光催化按需析氢的水溶性共聚物》，发表于：《自然通讯》(2026)，期刊信息：自然通讯
