低温快速光热氧化液态镓用于循环制氢

制造清洁燃料的新途径

氢常被称为未来的燃料：燃烧时产生的是水，而不是烟尘。但如今大多数氢来自化石燃料或依赖昂贵且耗能的设备。本研究探索了一条不同的路径：使用一种柔软的银白色金属——镓，配合普通水乃至海水，以主要由阳光驱动的可重复、循环工艺制造氢。

把光与金属变成燃料

研究人员发现，微小的液态镓液滴在光的加热下可以与水反应释放氢气。镓的熔点略高于室温，因此在温和加热下会变成流动的液体。液滴吸收光能并升温，从而加快与水的反应。在该反应过程中，镓被转化为一种固态化合物——氧氢氧化镓，同时释放出氢气泡。由于镓为液态，表面形成的固体层会自然剥落而不是将其封死，使得新鲜金属不断暴露，反应得以持续快速进行。

一个循环闭环而非一次性使用

大多数产生氢的化学反应会永久消耗金属原料，留下难处理的废物。相反，这项工作表明，制氢后留下的氧氢氧化镓并非终点。它可以溶于温和的酸中，并用常规电化学装置——本质上像反向运行的电池——恢复为液态镓。在理想情况下，使用来自太阳能或风能等可再生能源的电力驱动，该回收步骤可再生出几乎全部原始镓。这意味着同一批金属可以反复循环使用，形成用于制氢的闭环体系，而不是一次性的流程。

来自各种水源的低温快速制氢

在实际测试中，团队通过声波将熔融金属打碎成许多小颗粒，从而制得镓液滴。更小的液滴提供了更大的表面积并更有效地吸光，使得制氢更快且更彻底。在相当于聚光太阳光的强但现实的光照条件下，0.2克镓液滴在水中大约一个半小时内即可被完全转化为固体产物，产生与理论最大值相当的氢量。重要的是，这一性能不仅在净化水中表现出色，也适用于盐水和从海岸采集的实际海水，无需另行淡化步骤。

为什么光比单纯加热更重要

科学家比较了几种驱动反应的方法，发现直接照射液滴的光远比将水加热到相同温度更有效。光有双重作用：既加热镓，又与液滴上形成的薄固体层相互作用，帮助在界面上传递电荷。这些电荷使金属更容易持续与水反应。使用不同灯具、太阳模拟器以及集中的自然阳光的实验均表明，可见光尤其擅长触发这种“光热”行为，将光与热结合以加速制氢。

从实验室概念到未来的能量载体

从能量核算的角度，研究人员估算在将太阳光视为免费输入时，从镓与水反应产氢到镓再生的整个循环的往返效率可达到约13%。尽管镓本身并不便宜，但它是可重复使用的、相对无毒且便于作为紧凑的能量载体运输和储存。研究提出了一个未来场景：将镓运送到沿海地点，在阳光下与海水反应按需产氢，然后将其带回用清洁电力再生。简而言之，该工作展示了一种有前景的方法，利用可循环的液态金属将阳光与海水转化为可存储的清洁燃料，使基于氢的能源体系的愿景更进一步。

引用: Campos, L.G.B., Allioux, FM., Fimbres Weihs, G. et al. Low temperature and rapid photothermal oxidation of liquid gallium for circular hydrogen production. Nat Commun 17, 1890 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-68664-1

关键词: 制氢, 液态镓, 太阳能, 海水燃料, 循环化学