新型光解水催化材料产氢效率提升15倍

光解水制氢迎来新突破。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，成功制备出新型光解水催化材料——金红石相二氧化钛，在模拟太阳光下，其产氢效率比已报道的二氧化钛高出15倍，创造了该材料体系的新纪录。如果将该材料制作成100平方米的光催化板，一天光照时间产生的氢气，可以驱动一辆氢能汽车行驶68公里。相关研究成果8日发表在《美国化学学会杂志》上。

一个多世纪前，科幻作家凡尔纳就预言“水将成为终极燃料”。为实现这个设想，科学家正在研究用阳光将水分解获取氢气的技术，即光催化分解水技术。

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，这种方法虽然效率高，但设备又复杂又烧钱；第二招是让阳光直接分解水，用二氧化钛等材料当“分解神器”，阳光下就能把水分子“一键拆解”。自1972年这项技术问世，光解水就成了能源界的“顶流明星”。

作为一种光解水催化材料，二氧化钛“身上”布满数以亿计的“能量接收站”。每个接收站由钛原子和氧原子精密排布构成，当光子撞击接收站时，就会激发出携带能量的电子—空穴对。

在这项研究中，科研人员在二氧化钛里混入5%的稀土元素——钪，制备出了由两种晶面组成的金红石相二氧化钛。“这两个晶面就像精心设计的‘电荷高速公路’：一个晶面专门收集电子，另一个则负责接收空穴。”论文通讯作者、中国科学院金属研究所研究员刘岗说，与已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升了200余倍。

刘岗表示，用二氧化钛实现高效光解水制氢一直被寄予厚望，但长期未有实质性的突破，这项研究成果必将加速氧化钛光解水研究的进程。更重要的是，新研制的稀土掺杂二氧化钛，能充分发挥我国的钛和钪的资源优势，给高值资源再赋能。