作為一種高能、清潔的可再生能源，“氫氣”一直都是人類追逐的目標(biāo)，出于環(huán)保的考慮，電解水更被認(rèn)為是制氫的最好途徑。但是“水制氫”的普及面臨著一個(gè)大難題，就是它的催化劑效率和成本實(shí)在是不理想，這也是之前“水氫汽車”事件為什么會(huì)受到質(zhì)疑的原因。

不過(guò)最近，東京理工大學(xué)(Tokyo Institute of Technology)由前田和彥領(lǐng)導(dǎo)的研究小組公開(kāi)了一項(xiàng)關(guān)于新型光催化劑的研究成果，這種催化劑可用于在陽(yáng)光下分解水分子獲得氫氣。據(jù)報(bào)道，該催化劑由納米級(jí)金屬氧化物片和釕基染料分子組成，其工作原理類似于染料敏化太陽(yáng)能電池——光催化活性的金屬氧化物能將水分解成H₂和O₂，而染料敏化的氧化物則能利用可見(jiàn)光。據(jù)悉，這種新型光催化劑能夠以每小時(shí)1960次的周轉(zhuǎn)頻率從水中產(chǎn)生H₂，外量子產(chǎn)率為2.4% 。

這種新材料由高表面積的鈮酸鈣納米片（HCa₂Nb₃O₁₀）插入鉑（Pt）納米團(tuán)簇作為H₂析出位點(diǎn)構(gòu)成。然而，鉑修飾的納米薄片并不能單獨(dú)工作，因?yàn)樗鼈儾荒苡行У匚贞?yáng)光。因此，科學(xué)家巧妙地利用可吸收可見(jiàn)光的釕基染料分子，將其與納米片結(jié)合，使太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)H₂進(jìn)行生產(chǎn)成為可能。

鈮酸鈣納米片的高表面積和結(jié)構(gòu)靈活性最大化了H₂析出位點(diǎn)的染料載量和密度，從而提高了H₂析出效率。此外為了優(yōu)化性能，前田的團(tuán)隊(duì)還用非晶態(tài)氧化鋁對(duì)納米片進(jìn)行了改性，提高了電子的轉(zhuǎn)移效率。“納米片狀氧化鋁的改性不僅促進(jìn)了染料的再生，而且不會(huì)阻礙電子從激發(fā)態(tài)染料注入到納米片中”前田說(shuō)。

“直到最近，人們還認(rèn)為使用高效的染料敏化光催化劑在可見(jiàn)光下分解水來(lái)實(shí)現(xiàn)H₂的制備是非常困難的，”前田解釋說(shuō)。“但我們的新結(jié)果證實(shí)，只要對(duì)混合光催化劑進(jìn)行精心設(shè)計(jì)，那確實(shí)是可行的。”

資料來(lái)源：東京理工大學(xué)

粉體圈 Coco編譯