產氫效率提升15倍，新材料讓光解水更高效

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(xù)的制氫方式，在綠氫產業(yè)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(tǒng)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(fā)生光腐蝕或結構破壞，長期穩(wěn)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(fā)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(tǒng)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，當光子撞擊二氧化鈦時，攜帶能量的電子—空穴對便會被激發(fā)，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(tǒng)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(yōu)勢，進一步發(fā)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(fā)展，我國的光解水技術獲得突破同時，商業(yè)化進程也能得到加速。綠氫產業(yè)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。

文章來源：化工儀器網