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新華社沈陽4月8日電(記者王瑩、劉禎)記者從中國科學院金屬研究所得悉,我國科研人員使用稀土元素鈧對光催化分化水的催化資料進行改造,產氫功率進步15倍,發明了該資料系統的新紀錄。相關論文4月8日在學術期刊《美國化學學會雜志》上宣布。
據介紹,光解水制氫以二氧化鈦半導體為催化資料,在陽光下直接將水分化成氫氣和氧氣。當光線照耀二氧化鈦時,內部發生的帶電粒子成為分化水的東西,整個進程綠色環保。
“但這些被激活的帶電粒子并不安穩,絕大多數在百萬分之一秒內就會復合湮滅。此外,高溫制備簡單構成氧空位捕獲帶電粒子,這些都大大降低了光催化反響的功率。”中國科學院金屬研究所所長、科研團隊負責人劉崗說。
針對這一問題,科研團隊發明性地引進鈦在元素周期表中的街坊——鈧元素對二氧化鈦進行改造。因為半徑附近,鈧離子能完美嵌入資料而不構成結構變形,鈧的安穩價態也剛好可以中和電荷失衡問題,且鈧離子能重構晶體外表,發生特定的晶面結構讓帶電粒子有充沛參加反響的時刻和空間。
在模仿太陽光下,科研人員使用改造后的二氧化鈦催化資料分化水制氫。新華社記者 劉禎 攝。
“改造后的光催化資料功能明顯提高,紫外線使用率打破30%,在模仿太陽光下產氫功率較同類資料提高15倍。”劉崗說,假如用這種資料制造1平方米的光催化板,在陽光照耀下每天能發生約10升的氫氣。
現在,我國二氧化鈦產能占全球50%以上,已構成完好的工業鏈。一起,我國的鈧儲量也位居國際前列。科研人員表明,光催化分化水功率進一步打破后將有望完成工業使用,推進動力結構晉級。