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。
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。
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。
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。
3月17日记者获悉，哈尔滨医科大学公共卫生学院副院长、教授田懋一与副研究员叶鹏鹏团队在一项研究中提出，应将预防老年人跌倒与国家基本公共卫生服务中各项服务流程融合起来。该研究全面梳理了 诺贝尔化学奖获得者阿龙・切哈诺沃：做研究保持好奇心很重要 中新网宁波3月17日电(林波)对于学生而言，如何找到研究的信心和价值，让他们有继续下去的动力？ “做研究保持好奇心很重要。”3月17日，2004年诺贝尔化学 旅行推销员问题是一个经典的数学问题，也是一个组合优化问题。德国柏林弗雷大学和亥姆霍兹柏林能源与材料研究中心（HZB）科学家开展的一项新研究证明，量子计算机在解决旅行推销员问题上，相较于传统 记者19日从西北大学获悉，该校地质学系、大陆动力学国家重点实验室刘鹏副教授与中国地质大学（北京）李国武教授团队申请的两种新矿物，近日经国际矿物学学会新矿物命名与分类专业委员会审查、投票，均 据英国《自然》周刊网站3月19日报道，研究人员首次利用生成式人工智能（AI）制造出全新抗体。报道称，本周生物学预印本资料库中的一份预印本报告的原理验证研究，提高了将“AI指导的蛋白质设计引入治 3月22日，中国互联网络信息中心（CNNIC）在京发布第53次《中国互联网络发展状况统计报告》。报告显示，截至2023年12月，我国网民规模达10.92亿人，互联网普及率达77.5%；网络基础设施建设持续加强，新型消费 。本文链接：水变燃料？中国利用光分解水制氢研究取得新突破http://www.sushuapos.com/show-2-11739-0.html
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