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[业界] 水变燃料?中国利用光分解水制氢研究取得新突破

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发表于 2025-4-10 08:35:16 | 显示全部楼层 |阅读模式

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新华社沈阳4月8日电(记者王莹、喻菲)
150年前,科幻大师儒勒·凡尔纳曾预言:水将成为未来的终极燃料。如今,科学家们正努力将这个幻想变为现实。
中国科学院金属研究所所长、研究团队负责人刘岗表示,中国科研团队近期在“光催化分解水制氢”领域取得突破性进展:通过对半导体光催化材料二氧化钛进行“结构整容”和“元素替代”,显著提升了通过阳光直接分解水获取氢气的效率。相关成果于4月8日发表在《美国化学学会杂志》上。
目前太阳能制氢主要有两种方式:一是通过太阳能电池发电再电解水,其效率高但设备复杂且昂贵;二是太阳光直接光解水:通过二氧化钛等半导体材料在阳光下“一键分解”水分子。刘岗团队主要聚焦第二种技术路线。



4月7日,在中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心实验室,科研人员在检测改造后的半导体光催化材料二氧化钛样品。记者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,产氢效率提高15倍,创造了该材料体系的新纪录。相关论文4月8日在学术期刊《美国化学学会杂志》上发表。新华社记者 潘昱龙 摄
据介绍,用传统二氧化钛分解水有严重障碍:当光线照射到二氧化钛时,其内部会产生带电粒子(电子和空穴),这些带电粒子就是分解水的“工具”。然而,这些被激活的电子和空穴并不稳定。“电子和空穴就像迷失方向的赛车,在如同迷宫的材料内部横冲直撞,绝大多数的电子和空穴在百万分之一秒内就会复合湮灭。此外,高温制备环境容易导致氧原子‘离家出走’,形成氧空位并捕获电子,这些都大大降低了光催化反应的效率。”刘岗说。


研究团队创造性地引入钛在元素周期表中的邻居——钪(Sc)元素对二氧化钛进行改造。经验证,钪元素具备三大优势:一是钪离子半径与钛相近,能完美嵌入其晶格而不造成结构变形;二是钪的稳定价态恰好能中和氧空位带来的电荷失衡;三是钪离子能重构晶体表面,产生特定的晶面结构,就像架起“电荷高速公路和立交桥”,让电子和空穴顺利跑出迷宫。
通过精密调控,团队成功研制出性能显著提升的二氧化钛材料,其紫外线利用率突破30%,模拟太阳光下产氢效率较同类材料提升15倍,创造了该材料体系的新纪录。刘岗表示:“若用这种材料制作1平方米的光催化板,在阳光照射下每天能产生约10升的氢气。”
科研人员介绍,二氧化钛作为一种工业用途广泛的无机材料,中国产能占全球50%以上,已形成完整的产业链,而稀土钪的储量中国也位居世界前列,对于后续光催化材料的发展及工业应用具有得天独厚的产业优势。光催化分解水效率进一步突破后将有望实现产业应用,推动能源结构升级。
发表于 2025-4-10 09:06:48 | 显示全部楼层
理论研究可以,离实用差距不是几年几十年的事
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发表于 2025-4-10 09:21:43 | 显示全部楼层
这个效率肯定很低,还不如光伏发电电解水呢,技术成熟,大规模也能降低成本
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发表于 2025-4-10 09:25:26 | 显示全部楼层
什么时候进入量产就好了
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发表于 2025-4-10 10:25:25 | 显示全部楼层
资本,财团不可能让便宜能源进入
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发表于 2025-4-10 10:25:47 | 显示全部楼层
全都是骗经费的吧?研究这个还不如研究一下怎么提高目前电池能量密度还有充电时间。
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发表于 2025-4-10 10:29:36 | 显示全部楼层
能确定研究方向就是好事。
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发表于 2025-4-10 10:33:37 | 显示全部楼层
这个路径走通了,商业前景很不错。
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发表于 2025-4-10 14:37:48 来自手机浏览器 | 显示全部楼层
收割韭菜才是王道,这种东西就算搞出来也没人会用,也不会允许推广。
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发表于 2025-4-10 15:02:10 来自手机浏览器 | 显示全部楼层
具体咋样不好说
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发表于 2025-4-10 15:02:30 来自手机浏览器 | 显示全部楼层
如果真搞成功那就牛皮了
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发表于 2025-4-10 15:05:05 | 显示全部楼层
氢能汽车完美的解决了油车不容易爆炸和电动车爆炸威力不够大的两个世纪大难题。
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发表于 2025-4-10 15:18:14 | 显示全部楼层
离真正商用还远着吧
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