產(chǎn)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(qū)動(dòng)化學(xué)反應(yīng)，將水分解為氫氣和氧氣的技術(shù)。簡(jiǎn)單來說就是模仿自然界的光合作用，通過半導(dǎo)體光催化劑吸收太陽光來驅(qū)動(dòng)水的氧化還原反應(yīng)。由于整個(gè)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(chǎn)業(yè)中被寄以厚望。同時(shí)這也使得其成為實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)過程中頗受關(guān)注的一項(xiàng)技術(shù)。

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(yīng)條件下易發(fā)生光腐蝕或結(jié)構(gòu)破壞，長(zhǎng)期穩(wěn)定性差的問題。這一定程度上限制了光解水技術(shù)的應(yīng)用與普及。因此，目前多個(gè)國(guó)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(guó)在該領(lǐng)域獲得了重要突破。據(jù)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，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(chǎn)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(yīng)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(jié)構(gòu)出現(xiàn)改變——由兩種晶面組成，一個(gè)晶面專門收集電子，另一個(gè)則負(fù)責(zé)接收空穴。

電子-空穴對(duì)是驅(qū)動(dòng)水的氧化還原反應(yīng)的核心，當(dāng)光子撞擊二氧化鈦時(shí)，攜帶能量的電子—空穴對(duì)便會(huì)被激發(fā)，從而促進(jìn)光生電荷分離。而金紅石相二氧化鈦特殊的結(jié)構(gòu)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(shù)的背景與我國(guó)的資源儲(chǔ)備情況相契合。我國(guó)本身就具備鈦和鈧的資源優(yōu)勢(shì)，進(jìn)一步發(fā)展金紅石相二氧化鈦符合我國(guó)的實(shí)際情況。相信隨著該技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，我國(guó)的光解水技術(shù)獲得突破同時(shí)，商業(yè)化進(jìn)程也能得到加速。綠氫產(chǎn)業(yè)得到推進(jìn)同時(shí)，也能進(jìn)一步加速實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)，共筑美好明天。

文章來源：化工儀器網(wǎng)