环境污染和负担得起的清洁能源是2015年联合国大会确定的两大可持续发展目标。所有国家都设定了到2050年脱碳的目标，并增加绿色氢的使用，以减少每年的电力消耗负荷。
工业和研究团体共同合作，增加绿色氢的产量，降低生产成本。2023年，我们注意到欧洲主要地区在战争期间出现全球能源危机，导致液化天然气价格高企、短缺，气候变化加剧。
通常，绿色氢是通过电解槽和光催化水分解产生的。绿色氢的商业化生产存在生产成本高、光催化剂稳定性、催化剂性能和海水使用等障碍。
光催化太阳能水分解技术为生产符合环保要求的低成本绿色氢打开了新的机遇之窗。环境中太阳能丰富，选择正确的高性能、长效、稳定的光催化剂可以提高绿色氢的产量，降低绿色氢的价格。
值得注意的是，所有用于水裂解制氢的光催化剂都是粉末状纳米颗粒，导致金属损失和侵蚀，导致光催化活性降低，并影响运行成本。此外，粉末状纳米粒子光催化剂系统只能在批处理模式下运行，无法控制氢气的产率。
粉末状纳米颗粒光催化剂中含有半导体，会浸出到水体中，危害生态金字塔。为了防止金属在反应过程中聚集并提高催化活性，已经提出了金属有机框架来支持合金的纳米颗粒。
印度Jadavpur大学化学工程系纳米工程和可持续能源实验室的Kajari Kargupta教授领导的研究小组现在已经开发出一种环境友好，可回收的3D有机海藻酸盐水凝胶，该水凝胶被封装在一个头部型光催化剂中。这项研究发表在《国际氢能杂志》上。
这些类型的三维金属-有机框架基水凝胶光催化剂可以提供稳定的连续氢气速率。通过用食品级材料海藻酸钠封装，半导体的毒性作用被最小化。
海藻酸钠是光催化剂包封微球的首选生物聚合物。它是由褐藻提取物制成的商业产品。随着时间的推移，由于在凝胶过程中金属离子的固定化，几个研究小组已经形成了各种金属-聚合物复合材料。
研究了一种在全波段太阳照射下以间歇和连续模式运行的压力驱动流式系统，该系统使用具有高保水能力的新型三维微球有机海藻酸盐水凝胶包封光催化剂，以增强水的太阳能制氢能力。重点研究了光催化剂活性位点对水分子的吸附增强对太阳能制氢性能的影响。
从功能角度来看，海藻酸钠的加入提高了光催化剂的活性和保水能力，实现了连续制氢的过程。从操作角度来看，海藻酸盐的存在提高了光催化剂的活性和保水能力，使过程不断产生氢气。
每个球形珠状海藻酸盐包封的光催化剂都是一个微型制氢装置或光催化反应器。海藻酸盐水凝胶也表现出良好的可回收性和重用性。它们的合成可重复性和线性可扩展性通过以下事实得到证实:氢气的总量随着光催化剂包封珠的数量线性增加，而体积归一化率保持不变。
水化程度——预吸附和动态水吸附——强烈地影响氢的产生速率。流动反应器用于以恒定速率生产氢气;当进入的流量低于某一临界值时，产氢速率保持不变，说明每个球形催化剂都起到了小型氢气发生器的作用。
Kargupta教授在将实验室规模的原型转化为实际商业应用方面经验丰富，我们的多学科团队包括太阳能制氢，燃料电池电解质膜/电极制造和碳封存方面的专业知识。该团队正试图扩大生产氢气的容量，为偏远地区的便携式燃料电池供电。
用于光催化剂封装的主要化学物质是海藻酸钠，海藻酸钠被美国食品和药物管理局和欧盟委员会认为是食品级材料(乳化剂、稳定剂、增稠剂和胶凝剂)。该海藻酸盐水凝胶型光催化剂与合适的光反应器将在未来两年内组装成高存储和燃料电池。我们计划与行业伙伴合作，在工业规模上扩大这种高性能光催化剂的规模。
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更多信息:Sayantanu Mandal等人，有机海藻酸盐封装的rGO-CdS毫秒级光催化太阳能制氢，国际氢能源杂志(2023)。DOI: 10.1016 / j.ijhydene.2023.09.137
Kajari Kargupta，印度贾达夫普尔大学化学工程系教授，1998年毕业于印度理工学院，研究课题为“薄膜的不稳定性和模式形成:异质性，蒸发和滑移的作用”。她在薄膜系统，模式生成，不同形态纳米结构的形成及其应用方面具有专长。她成功完成了塞尔维亚DST, UGC, DBT和DRDO赞助的多个项目，并发表了100多篇同行评议的期刊论文。她在不同形态的石墨烯基双金属纳米杂化材料的配方及其作为催化剂、制氢电催化剂的应用方面具有丰富的经验。作为早期DST资助项目的一部分，她探索了石墨烯基双金属纳米杂化催化剂的合成和表征，用于硼氢化钠和硼氢化钠电氧化制氢;基于组成-形态-性能映射，研究了一种新型的基于还原氧化石墨烯的连接核壳G-Co-Pt纳米杂化催化剂，该催化剂具有优异的电子传输性能，可用于制氢，并可用于减少Pt负载的ORR催化剂。Kargupta博士在电氧化、氧还原反应和燃料电池应用的电催化剂的合成和表征方面具有丰富的经验。她探索了光催化和光电催化水裂解太阳能制氢;其目标是解决主要的工艺瓶颈，提高太阳能制氢效率。在实验和量子模拟的基础上，对纳米杂化催化剂/光催化剂和光电催化剂的作用进行了分析和探讨。早前，作为教资会重大项目的一部分，Kargupta教授探索了不同的无机-有机纳米复合膜电解质以及凝胶型便携式，耐用和质子导电电解质，特别是用于燃料电池的便携式应用。Kargupta教授以PI和Co-PI的身份处理了10个赞助项目。她还与NMRL、DRDO合作，作为研究服务提供商参与了一个与燃料电池应用相关的任务项目。
Sayantanu Mandal先生目前在Kajari Kargupta教授的指导下在Jadavpur大学化学工程系完成博士学位。在过去的三年里，他一直从事制氢和制造高温燃料电池电解膜的工作。目前，他也是印度政府(I-STEM)下印度科学技术工程设施地图项目的PI，他的指导是Kajari Kargupta教授(I-STEM/Catalyticgrant/acad_24/2022-23)。他亦是国际工程师协会(IAENG)及香港国际科学与工程发展研究院(IASED)等全球知名科学组织的常任会员。同时，他也是MEAMT 2023、NanoMT 2023和ICFMCE 2023技术委员会的技术委员会成员。
引文:用于清洁、绿色制氢的食品级封装光催化剂材料(2024,1月15日)，2024年1月15日检索自https://phys.org/news/2024-01-food-grade-encapsulated-photocatalyst-materials.html
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