产氢效率提升15倍 光催化分解水制氢研究取得重要突破

新华社沈阳4月8日电(记者王莹、刘祯)记者从中国科学院金属研究所获悉，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，产氢效率提高15倍，创造了该材料体系的新纪录。相关论文4月8日在学术期刊《美国化学学会杂志》上发表。

据介绍，光解水制氢以二氧化钛半导体为催化材料，在阳光下直接将水分解成氢气和氧气。当光线照射二氧化钛时，内部产生的带电粒子成为分解水的工具，整个过程绿色环保。

“但这些被激活的带电粒子并不稳定，绝大多数在百万分之一秒内就会复合湮灭。此外，高温制备容易形成氧空位捕获带电粒子，这些都大大降低了光催化反应的效率。”中国科学院金属研究所所长、科研团队负责人刘岗说。

针对这一问题，科研团队创造性地引入钛在元素周期表中的邻居——钪元素对二氧化钛进行改造。由于半径相近，钪离子能完美嵌入材料而不造成结构变形，钪的稳定价态也恰好能够中和电荷失衡问题，且钪离子能重构晶体表面，产生特定的晶面结构让带电粒子有充分参与反应的时间和空间。

在模拟太阳光下，科研人员利用改造后的二氧化钛催化材料分解水制氢。新华社记者 刘祯 摄

“改造后的光催化材料性能显著提升，紫外线利用率突破30%，在模拟太阳光下产氢效率较同类材料提升15倍。”刘岗说，如果用这种材料制作1平方米的光催化板，在阳光照射下每天能产生约10升的氢气。

目前，我国二氧化钛产能占全球50%以上，已形成完整的产业链。同时，我国的钪储量也位居世界前列。科研人员表示，光催化分解水效率进一步突破后将有望实现产业应用，推动能源结构升级。