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產(chǎn)氫效率提升15倍 光催化分解水制氫研究取得重要突破

放大字體  縮小字體 發(fā)布日期：2025-04-11  瀏覽次數(shù)：2743
近日，從中國(guó)科學(xué)院金屬研究所獲悉，我國(guó)科研人員利用稀土元素鈧對(duì)光催化分解水的催化材料進(jìn)行改造，產(chǎn)氫效率提高15倍，創(chuàng)造了該材料體系的新紀(jì)錄。相關(guān)論文4月8日在學(xué)術(shù)期刊《美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)雜志》上發(fā)表。據(jù)介紹，光解水制氫以二氧化鈦半導(dǎo)體為催化材料，在陽(yáng)光下直接將水分解成氫氣和氧氣。當(dāng)光線照射二氧化鈦時(shí)，內(nèi)部產(chǎn)生的帶電粒子成為分解水的工具，整個(gè)過(guò)程綠色環(huán)保。“但這些被激活的帶電粒子并不穩(wěn)定，絕大多數(shù)在百萬(wàn)分之一秒內(nèi)就會(huì)復(fù)合湮滅。此外，高溫制備容易形成氧空位捕獲帶電粒子，這些都大大降低了光催化反應(yīng)的效率。”中國(guó)科學(xué)院金屬研究所所長(zhǎng)、科研團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人劉崗說(shuō)。針對(duì)這一問(wèn)題，科研團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造性地引入鈦在元素周期表中的鄰居——鈧元素對(duì)二氧化鈦進(jìn)行改造。由于半徑相近，鈧離子能完美嵌入材料而不造成結(jié)構(gòu)變形，鈧的穩(wěn)定價(jià)態(tài)也恰好能夠中和電荷失衡問(wèn)題，且鈧離子能重構(gòu)晶體表面，產(chǎn)生特定的晶面結(jié)構(gòu)讓帶電粒子有充分參與反應(yīng)的時(shí)間和空間。

“改造后的光催化材料性能顯著提升，紫外線利用率突破30%，在模擬太陽(yáng)光下產(chǎn)氫效率較同類(lèi)材料提升15倍。”劉崗說(shuō)，如果用這種材料制作1平方米的光催化板，在陽(yáng)光照射下每天能產(chǎn)生約10升的氫氣。目前，我國(guó)二氧化鈦產(chǎn)能占全球50%以上，已形成完整的產(chǎn)業(yè)鏈。同時(shí)，我國(guó)的鈧儲(chǔ)量也位居世界前列?？蒲腥藛T表示，光催化分解水效率進(jìn)一步突破后將有望實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)應(yīng)用，推動(dòng)能源結(jié)構(gòu)升級(jí)。

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