水将成为终极燃料？我国水制氢研究取得新突破！

化工新材料 2025-04-11

4月8日，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。

4月8日，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。如果用这种材料制作1平方米的光催化板，在阳光照射下每天能分解水产生约10升的氢气。相关研究成果4月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。