光解水制氫迎來新突破。從中國科學院金屬研究所獲悉,中國大陸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,成功製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,其產氫效率比已報導的二氧化鈦高出15倍,創造了該材料體系的新紀錄。如果將該材料製作成100平方米的光催化板,一天光照時間產生的氫氣,可以驅動一輛氫能汽車行駛68公里。相關研究成果於4月8日發表在《美國化學學會雜誌》上。
一個多世紀前,科幻作家凡爾納就預言「水將成為終極燃料」。為實現這個設想,科學家正在研究用陽光將水分解獲取氫氣的技術,即光催化分解水技術。
目前,太陽能制氫主要有兩大招:第一招是太陽能發電再電解水,這種方法雖然效率高,但設備又複雜又燒錢;第二招是讓陽光直接分解水,用二氧化鈦等材料當「分解神器」,陽光下就能把水分子「一鍵拆解」。自1972年這項技術問世,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」佈滿數以億計的「能量接收站」。每個接收站由鈦原子和氧原子精密排布構成,當光子撞擊接收站時,就會激發出攜帶能量的電子—空穴對。
在這項研究中,科研人員在二氧化鈦裡混入5%的稀土元素——鈧,製備出了由兩種晶面組成的金紅石相二氧化鈦。「這兩個晶面就像精心設計的‘電荷高速公路’:一個晶面專門收集電子,另一個則負責接收空穴。」中國科學院金屬研究所研究員劉崗說,與已報導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餘倍。