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产氢效率提升15倍 新材料让光解水更高效
2025年04月09日 13:06:12
来源：化工仪器网 作者：小王 点击量：5017
我国科研人员利用稀土元素钪对光催化分解水的催化材料进行改造，成功制备出新型光解水催化材料——金红石相二氧化钛。利用该催化材料，产氢效率能提升15倍。
光解水是一种利用光能驱动化学反应，将水分解为氢气和氧气的技术。简单来说就是模仿自然界的光合作用，通过半导体光催化剂吸收太阳光来驱动水的氧化还原反应。由于整个过程中不涉及污染物的排放，因此被视为一种清洁、可持续的制氢方式，在绿氢产业中被寄以厚望。同时这也使得其成为实现碳中和目标过程中颇受关注的一项技术。
而光解水的核心在于光催化剂。目前，传统光催化剂存在太阳能利用率低下，并且在光照和反应条件下易发生光腐蚀或结构破坏，长期稳定性差的问题。这一定程度上限制了光解水技术的应用与普及。因此，目前多个国家将发展中心放在光解水催化材料的研究上。
而近日，我国在该领域获得了重要突破。据悉，我国科研人员利用稀土元素钪对光催化分解水的催化材料进行改造，成功制备出新型光解水催化材料——金红石相二氧化钛。利用该催化材料，产氢效率能提升15倍。
二氧化钛是一种传统的光催化剂，由于其仅能吸收紫外光，紫外光仅占太阳光谱约5%，因此无法为光催化反应带来足够的效率。而科研人员在二氧化钛里混入5%的稀土元素——钪，使得二氧化钛的结构出现改变——由两种晶面组成，一个晶面专门收集电子，另一个则负责接收空穴。
电子-空穴对是驱动水的氧化还原反应的核心，当当光子撞击二氧化钛时，携带能量的电子—空穴对便会被激发，从而促进光生电荷分离。而金红石相二氧化钛特殊的结构使其光生电荷分离效率相较于传统的二氧化钛材料提升了约200倍。
更重要的是，该技术的背景与我国的资源储备情况相契合。我国本身就具备钛和钪的资源优势，进一步发展金红石相二氧化钛符合我国的实际情况。相信随着该技术的进一步发展，我国的光解水技术获得突破同时，商业化进程也能得到加速。绿氢产业得到推进同时，也能进一步加速实现碳中和目标，共筑美好明天。
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