新型光解水催化材料產(chǎn)氫效率提升15倍
2025年04月09日 10:21 2900次瀏覽 來源： 科技日報(bào) 分類： 稀有稀土 作者： 陸成寬
科技日報(bào)北京4月8日電 （記者陸成寬）光解水制氫迎來新突破。記者從中國科學(xué)院金屬研究所獲悉，我國科研人員利用稀土元素鈧對光催化分解水的催化材料進(jìn)行改造，成功制備出新型光解水催化材料——金紅石相二氧化鈦，在模擬太陽光下，其產(chǎn)氫效率比已報(bào)道的二氧化鈦高出15倍，創(chuàng)造了該材料體系的新紀(jì)錄。如果將該材料制作成100平方米的光催化板，一天光照時(shí)間產(chǎn)生的氫氣，可以驅(qū)動一輛氫能汽車行駛68公里。相關(guān)研究成果8日發(fā)表在《美國化學(xué)學(xué)會雜志》上。
一個(gè)多世紀(jì)前，科幻作家凡爾納就預(yù)言“水將成為終極燃料”。為實(shí)現(xiàn)這個(gè)設(shè)想，科學(xué)家正在研究用陽光將水分解獲取氫氣的技術(shù)，即光催化分解水技術(shù)。
目前，太陽能制氫主要有兩大招：第一招是太陽能發(fā)電再電解水，這種方法雖然效率高，但設(shè)備又復(fù)雜又燒錢；第二招是讓陽光直接分解水，用二氧化鈦等材料當(dāng)“分解神器”，陽光下就能把水分子“一鍵拆解”。自1972年這項(xiàng)技術(shù)問世，光解水就成了能源界的“頂流明星”。
作為一種光解水催化材料，二氧化鈦“身上”布滿數(shù)以億計(jì)的“能量接收站”。每個(gè)接收站由鈦原子和氧原子精密排布構(gòu)成，當(dāng)光子撞擊接收站時(shí)，就會激發(fā)出攜帶能量的電子—空穴對。
在這項(xiàng)研究中，科研人員在二氧化鈦里混入5%的稀土元素——鈧，制備出了由兩種晶面組成的金紅石相二氧化鈦。“這兩個(gè)晶面就像精心設(shè)計(jì)的‘電荷高速公路’：一個(gè)晶面專門收集電子，另一個(gè)則負(fù)責(zé)接收空穴。”論文通訊作者、中國科學(xué)院金屬研究所研究員劉崗說，與已報(bào)道的二氧化鈦材料相比，金紅石相二氧化鈦的光生電荷分離效率提升了200余倍。
劉崗表示，用二氧化鈦實(shí)現(xiàn)高效光解水制氫一直被寄予厚望，但長期未有實(shí)質(zhì)性的突破，這項(xiàng)研究成果必將加速氧化鈦光解水研究的進(jìn)程。更重要的是，新研制的稀土摻雜二氧化鈦，能充分發(fā)揮我國的鈦和鈧的資源優(yōu)勢，給高值資源再賦能。
責(zé)任編輯：任飛
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