综合新闻 News
联系我们
  • 客服服务电话:021-64321087
  • 商业服务电话:13918059423
  • 技术服务电话:13918059423
  • 联系人:崔老师 
  • 服务邮箱:shxtb@163.com
  • 地址:上海市徐汇区桂林路100号8号楼107室

稀土掺杂氧化钛光催化分解水制氢取得突破

日期: 2025-04-09
浏览次数: 137

来源:中国科学院

150年前,科幻大师凡尔纳预言,水将成为终极燃料。科学家一直努力发展能够将这一预言变为现实的各种可能的技术。其中包括通过阳光直接分解水获取氢气,这项被称为“光催化分解水”的技术属于低碳技术。

目前,太阳能制氢主要有两种方式。一种是太阳能电池发电再电解水,其效率高但设备复杂且昂贵;另一种是太阳光直接光解水,即通过氧化钛等半导体材料在阳光下“一键分解”水分子。光解水自1972年被发现以来便是能源界的“超级明星”。

这种特殊的“光之催化材料”受到阳光照射时,如同微型发电厂一样开始运转,在二氧化钛晶体的体相布满数以亿计的“能量接收站”。每个“接收站”由钛原子和氧原子精密排布构成。当阳光中的光子撞击时,“接收站”便激发出携带能量的电子-空穴对。

然而,传统二氧化钛存在致命缺陷,即这些被激活的电子和空穴像是迷失方向的赛车,在如同“迷宫”的材料内部横冲直撞,多数的电子和空穴在百万分之一秒内就会复合湮灭。同时,高温制备环境易导致氧原子“离家出走”,形成带正电的氧空位,吸引电子形成致命的“陷阱区”,使得“迷宫”充满陷阱。

中国科学院金属研究所刘岗团队发现,解决上述问题的关键在于“元素替代”和“结构整容”。科研人员选择钪(Sc)作为“改造工程师”。钪有三大“绝技”:一是钪离子半径与钛相近,能够嵌入晶格而不造成结构变形;二是钪的稳定价态+3价能够中和氧空位带来的电荷失衡;三是钪原子在表面可以重构晶体原子排布,并得到特定的晶面结构,从而能够指引光生电子和空穴跑出“迷宫”。

研究引入5%的钪原子,制备出颗粒表面由{101}和{110}两类晶面组成的金红石相二氧化钛。这两个晶面如同精心设计的“电荷高速公路”——一个晶面专门收集电子,另一个负责接收空穴。尤其是两个晶面之间形成强度堪比太阳能电池的定向电场,这相当于在数百纳米大小的二氧化钛颗粒中架设电荷运输的“立交桥”。

改造后的半导体光催化材料展现出性能飞跃:光生电荷分离效率提升200余倍,对波长为360纳米紫外光的量子利用率突破30%;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;若将其制作成100m2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。

4月8日,相关研究成果发表在《美国化学会志》(JACS)上。


Hot News / 相关推荐
  • 2025 - 04 - 29
    点击次数: 17
    2025年4月29日的上午,上海市稀土协会秘书长吴建思、副秘书长崔中倪一同前往了协会副会长单位上海三环磁性材料有限公司进行访问,与公司总经理饶晓雷进行了深入的座谈交流。吴秘书长在座谈中首先介绍了本次走访的来意。一是围绕《上海稀土“十五五”产业发展规划》的编制工作,详细地介绍了规划编制的目标和意义,同时,也对具体的工作流程和时间节点进行了说明。希望作为上海稀土磁性材料领域龙头企业的三环公司,能够为规...
  • 2025 - 04 - 29
    点击次数: 18
    2025年4月29日的上午,上海市稀土协会秘书长吴建思、副秘书长崔中倪一同前往了协会副会长单位上海三环磁性材料有限公司进行访问,与公司总经理饶晓雷进行了深入的座谈交流。吴秘书长在座谈中首先介绍了本次走访的来意。一是围绕《上海稀土“十五五”产业发展规划》的编制工作,详细地介绍了规划编制的目标和意义,同时,也对具体的工作流程和时间节点进行了说明。希望作为上海稀土磁性材料领域龙头企业的三环公司,能够为规...
  • 2025 - 04 - 29
    点击次数: 18
    来源:上海光机所近日,中国科学院上海光学精密机械研究所先进激光与光电功能材料部胡丽丽研究员团队,提出一种基于配位工程调控Er掺杂硅酸盐玻璃及光纤发光性能的新方案,相关研究成果以”Regulating emission in Er doped silicate glass and fiber via coordination engineering“为题,于4月在线发表于Journal of Mat...
  • 2025 - 04 - 29
    点击次数: 17
    来源:X-MOL庞磁电阻(Colossal magnetoresistance, CMR)锰酸盐是一类以钙钛矿结构的掺杂锰氧化物(如RE1-xAExMnO3,RE为稀土金属,AE为碱土金属)为代表的材料,其核心特征是在磁场作用下电阻发生巨大变化。这类材料的研究热潮始于20世纪90年代,并在随后的二十多年中持续成为凝聚态物理和材料科学的前沿热点领域。CMR锰酸盐在铁磁居里温度(TC)附近的CMR值可...
  • Copyright ©Copyright 2018  2020 上海市稀土协会 All Rights Reserved 沪ICP备2020034223号-1  沪公网安备 31010402010140号
    主办单位:上海市稀土协会 指导单位:上海市稀土材料开发应用办公室 承办单位:上海稀土产业促进中心 
    犀牛云提供企业云服务