一种新材料可以存储太阳能，并在几天后将其转化为氢气。这种材料由乌尔姆和耶拿的研究人员共同开发，甚至可以在黑暗中进行这一过程。该过程是可逆的，可以使用pH开关多次重新激活。研究结果发表在《自然通讯》杂志上。

绿色氢气是能源转型最重要的支柱之一。它通过光催化过程利用阳光生产。目前已有多种技术可将太阳能转化并存储为化学能。但现在，研究人员首次成功开发出一种材料，能将太阳能存储数天，然后“按一下按钮”以氢气的形式释放。

“你可以将其视为分子水平上的太阳能电池和电池的组合，”乌尔姆大学无机化学I研究所所长Sven Rau教授解释道。

一种水溶性的、具有氧化还原活性的共聚物被用作临时能量或电子存储的材料。共聚物是由不同有机构建块组成的大分子。它们形成稳定的框架，并配备了具有特定化学物理性质的功能单元——在这种情况下是增强的氧化还原活性。该系统实现了超过80%的充电效率，并保持这种状态数天。

聚合物的充电过程。在含有0.09 M TEA和0.075 M NaH₂PO₄的水中，使用[Ru(tbbpy)₃]Cl₂（12.5 µM）对共聚物（以甲基紫精单体含量计为225 µM）进行光催化充电期间的紫外/可见吸收光谱（A）及相应的充电时间过程（B）。SOC指充电状态；显示平均值，误差线代表n=3次独立测量的标准偏差。

“在需要时，我们可以以氢气的形式获取化学能。存储的电子被专门而高效地用于此目的，”耶拿弗里德里希·席勒大学有机化学与高分子化学研究所所长、与Rau共同协调这项研究的Ulrich S. Schubert教授说。

通过添加酸和析氢催化剂，聚合物中存储的电子与质子结合——这个过程按需产生氢气。效率高达72%，令人惊讶。另一个巨大优势是，这个过程也在黑暗中进行，即无论阳光是否照射。

通过pH开关重启系统

如果随后将溶液中和，该系统可以再次暴露在光下并重新充电。

“这是因为基于聚合物的氧化还原反应是可逆的，允许多次充电、存储和催化循环。该过程的好处是聚合物无需先被分离。要重置系统，只需改变系统的pH值，”该研究的两名主要作者Marco Hartkorn（乌尔姆大学）和Robin Kampes博士（耶拿大学）解释道。

pH开关不仅有实用的一面，还有美观的一面：当电池在酸存在下放电时，颜色从紫色变为黄色；如果随后用光重新充电，黄色变回紫色，电池再次“武装”起来。

具有工业前景的新途径

“该项目也具有科学意义，因为它结合了化学领域中通常联系很少的不同概念：即高分子聚合物化学和光催化，”Rau教授说。

研究人员坚信，这种所谓的按需制氢方法也可用于能源密集型工业过程——例如依赖可靠绿色氢气供应的气候中性钢铁生产。

“这些结果为成本效益高、可扩展的太阳能存储技术开辟了新视角——并为通往可持续的、基于化学的能源经济提供了重要基石，”Schubert教授强调。

更多信息：Marco Hartkorn等人，《一种用于光催化按需析氢中存储和电子转化的水溶性共聚物》，《自然通讯》（2026）。DOI: 10.1038/s41467-026-68342-2