新華社沈陽4月8日電（記者王瑩、劉禎）記者從中國科學(xué)院金屬研究所獲悉，我國科研人員利用稀土元素鈧對光催化分解水的催化材料進行改造，產(chǎn)氫效率提高15倍，創(chuàng)造了該材料體系的新紀(jì)錄。相關(guān)論文4月8日在學(xué)術(shù)期刊《美國化學(xué)學(xué)會雜志》上發(fā)表。

據(jù)介紹，光解水制氫以二氧化鈦半導(dǎo)體為催化材料，在陽光下直接將水分解成氫氣和氧氣。當(dāng)光線照射二氧化鈦時，內(nèi)部產(chǎn)生的帶電粒子成為分解水的工具，整個過程綠色環(huán)保。

“但這些被激活的帶電粒子并不穩(wěn)定，絕大多數(shù)在百萬分之一秒內(nèi)就會復(fù)合湮滅。此外，高溫制備容易形成氧空位捕獲帶電粒子，這些都大大降低了光催化反應(yīng)的效率。”中國科學(xué)院金屬研究所所長、科研團隊負責(zé)人劉崗說。

針對這一問題，科研團隊創(chuàng)造性地引入鈦在元素周期表中的鄰居——鈧元素對二氧化鈦進行改造。由于半徑相近，鈧離子能完美嵌入材料而不造成結(jié)構(gòu)變形，鈧的穩(wěn)定價態(tài)也恰好能夠中和電荷失衡問題，且鈧離子能重構(gòu)晶體表面，產(chǎn)生特定的晶面結(jié)構(gòu)讓帶電粒子有充分參與反應(yīng)的時間和空間。

“改造后的光催化材料性能顯著提升，紫外線利用率突破30%，在模擬太陽光下產(chǎn)氫效率較同類材料提升15倍。”劉崗說，如果用這種材料制作1平方米的光催化板，在陽光照射下每天能產(chǎn)生約10升的氫氣。

目前，我國二氧化鈦產(chǎn)能占全球50%以上，已形成完整的產(chǎn)業(yè)鏈。同時，我國的鈧儲量也位居世界前列。科研人員表示，光催化分解水效率進一步突破后將有望實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)應(yīng)用，推動能源結(jié)構(gòu)升級。