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

新華社沈陽(yáng)4月8日電（記者王瑩、劉禎）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，產(chǎn)氫效率提高15倍，創(chuàng )造了該材料體系的新紀錄。相關(guān)論文4月8日在學(xué)術(shù)期刊《美國化學(xué)學(xué)會(huì )雜志》上發(fā)表。

　　據介紹，光解水制氫以二氧化鈦半導體為催化材料，在陽(yáng)光下直接將水分解成氫氣和氧氣。當光線(xiàn)照射二氧化鈦時(shí)，內部產(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定，絕大多數在百萬(wàn)分之一秒內就會(huì )復合湮滅。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的效率?！敝袊茖W(xué)院金屬研究所所長(cháng)、科研團隊負責人劉崗說(shuō)。

　　針對這一問(wèn)題，科研團隊創(chuàng )造性地引入鈦在元素周期表中的鄰居——鈧元素對二氧化鈦進(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構變形，鈧的穩定價(jià)態(tài)也恰好能夠中和電荷失衡問(wèn)題，且鈧離子能重構晶體表面，產(chǎn)生特定的晶面結構讓帶電粒子有充分參與反應的時(shí)間和空間。

                  在模擬太陽(yáng)光下，科研人員利用改造后的二氧化鈦催化材料分解水制氫。新華社記者 劉禎 攝

“改造后的光催化材料性能顯著(zhù)提升，紫外線(xiàn)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?！眲徴f(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)，我國的鈧儲量也位居世界前列?？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)現產(chǎn)業(yè)應用，推動(dòng)能源結構升級。

本文轉自央視網(wǎng)，原文鏈接：https://news.cctv.com/2025/04/08/ARTIjiSJUg172yWZ6IfBe7dp250408.shtml