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產氫效率提升15倍 新材料讓光解水更高效
2025年04月09日 13:06:12
來源：化工儀器網 作者：小王 點擊量：4461
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。利用該催化材料，產氫效率能提升15倍。
光解水是一種利用光能驅動化學反應，將水分解為氫氣和氧氣的技術。簡單來說就是模仿自然界的光合作用，通過半導體光催化劑吸收太陽光來驅動水的氧化還原反應。由于整個過程中不涉及污染物的排放，因此被視為一種清潔、可持續的制氫方式，在綠氫產業中被寄以厚望。同時這也使得其成為實現碳中和目標過程中頗受關注的一項技術。
而光解水的核心在于光催化劑。目前，傳統光催化劑存在太陽能利用率低下，并且在光照和反應條件下易發生光腐蝕或結構破壞，長期穩定性差的問題。這一定程度上限制了光解水技術的應用與普及。因此，目前多個國家將發展中心放在光解水催化材料的研究上。
而近日，我國在該領域獲得了重要突破。據悉，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。利用該催化材料，產氫效率能提升15倍。
二氧化鈦是一種傳統的光催化劑，由于其僅能吸收紫外光，紫外光僅占太陽光譜約5%，因此無法為光催化反應帶來足夠的效率。而科研人員在二氧化鈦里混入5%的稀土元素——鈧，使得二氧化鈦的結構出現改變——由兩種晶面組成，一個晶面專門收集電子，另一個則負責接收空穴。
電子-空穴對是驅動水的氧化還原反應的核心，當當光子撞擊二氧化鈦時，攜帶能量的電子—空穴對便會被激發，從而促進光生電荷分離。而金紅石相二氧化鈦特殊的結構使其光生電荷分離效率相較于傳統的二氧化鈦材料提升了約200倍。
更重要的是，該技術的背景與我國的資源儲備情況相契合。我國本身就具備鈦和鈧的資源優勢，進一步發展金紅石相二氧化鈦符合我國的實際情況。相信隨著該技術的進一步發展，我國的光解水技術獲得突破同時，商業化進程也能得到加速。綠氫產業得到推進同時，也能進一步加速實現碳中和目標，共筑美好明天。
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