新型光解水催化材料产氢效率提升15倍

光解水制氢迎来了新的突破。记者从中国科学院金属研究所获悉，中国研究人员利用稀有元素优化了光催化分解水的催化材料，成功制备了新型光解水催化材料——金红石相二氧化钛。在模拟太阳光的情况下，其产氢效率比报道的二氧化钛高15倍，创造了该材料体系的新纪录。如果将该材料制成100平方米的光催化板，光照时间产生的氢气可以驱动氢能汽车行驶68公里。相关研究成果于8日在《美国化学会杂志》上发表。

一个多世纪前，科幻作家凡尔纳推测“水将成为终极燃料”。为了实现这一理念，科学家们正在研究用阳光分解水分解氢的技术，即光催化分解水的技术。

目前太阳能制氢主要有两大招:第一招是太阳能发电再电解水。虽然这种方法效率高，但设备复杂且昂贵;第二招是让阳光直接分解水，用二氧化钛等材料作为“分解神器”，一键分解水分。自1972年这项技术问世以来，光解水已经成为能源领域的“顶级明星”。

二氧化钛作为一种光解水催化材料，被数亿个“能量接收站”覆盖。每个接收站都由钛原子和氧原子精确排列而成。当光子与接收站碰撞时，会激发携带能量电子的空穴位。

在这项研究中，研究人员将5%的稀有元素混入二氧化钛中，制备了由两个水晶表面组成的金红石相二氧化钛。“这两个水晶表面就像精心设计的‘电荷高速公路’。：一个水晶表面专门收集电子，另一个负责接收空穴。”中国科学院金属研究所论文通信作者刘岗表示，与报道的二氧化钛材料相比，金红石相二氧化钛的光生电荷分离效率提高了200多倍。

刘岗表示，用二氧化钛实现快速光解水制氢一直备受期待，但长期没有实质性突破，这一研究成果必将加快氧化钛光解水的研究进程。更重要的是，新开发的稀土与二氧化钛混合，可以充分发挥中国钛和钛的资源优势，赋予高价值资源更多的权力。