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      產(chǎn)氫效率提升15倍 光催化分解水制氫研究取得重要突破

      2025-04-08 16:43 作者:王瑩、劉禎 新華社 責(zé)任編輯:吳靜

      新華社沈陽(yáng)4月8日電(記者王瑩、劉禎)記者從中國(guó)科學(xué)院金屬研究所獲悉,我國(guó)科研人員利用稀土元素鈧對(duì)光催化分解水的催化材料進(jìn)行改造,產(chǎn)氫效率提高15倍,創(chuàng)造了該材料體系的新紀(jì)錄。相關(guān)論文4月8日在學(xué)術(shù)期刊《美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)雜志》上發(fā)表。

      據(jù)介紹,光解水制氫以二氧化鈦半導(dǎo)體為催化材料,在陽(yáng)光下直接將水分解成氫氣和氧氣。當(dāng)光線照射二氧化鈦時(shí),內(nèi)部產(chǎn)生的帶電粒子成為分解水的工具,整個(gè)過(guò)程綠色環(huán)保。

      “但這些被激活的帶電粒子并不穩(wěn)定,絕大多數(shù)在百萬(wàn)分之一秒內(nèi)就會(huì)復(fù)合湮滅。此外,高溫制備容易形成氧空位捕獲帶電粒子,這些都大大降低了光催化反應(yīng)的效率。”中國(guó)科學(xué)院金屬研究所所長(zhǎng)、科研團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人劉崗說(shuō)。

      針對(duì)這一問(wèn)題,科研團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造性地引入鈦在元素周期表中的鄰居——鈧元素對(duì)二氧化鈦進(jìn)行改造。由于半徑相近,鈧離子能完美嵌入材料而不造成結(jié)構(gòu)變形,鈧的穩(wěn)定價(jià)態(tài)也恰好能夠中和電荷失衡問(wèn)題,且鈧離子能重構(gòu)晶體表面,產(chǎn)生特定的晶面結(jié)構(gòu)讓帶電粒子有充分參與反應(yīng)的時(shí)間和空間。

      “改造后的光催化材料性能顯著提升,紫外線利用率突破30%,在模擬太陽(yáng)光下產(chǎn)氫效率較同類(lèi)材料提升15倍?!眲徴f(shuō),如果用這種材料制作1平方米的光催化板,在陽(yáng)光照射下每天能產(chǎn)生約10升的氫氣。

      目前,我國(guó)二氧化鈦產(chǎn)能占全球50%以上,已形成完整的產(chǎn)業(yè)鏈。同時(shí),我國(guó)的鈧儲(chǔ)量也位居世界前列??蒲腥藛T表示,光催化分解水效率進(jìn)一步突破后將有望實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)應(yīng)用,推動(dòng)能源結(jié)構(gòu)升級(jí)。

      關(guān)鍵詞:光催化分解,制氫,二氧化鈦,帶電粒子,價(jià)態(tài)

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