蓋世汽車訊 目前，人們在制造綠色氫時，通常使用由可再生能源產(chǎn)生的電流來分解水。據(jù)外媒報道，維也納工業(yè)大學(xué)（TU Wien）的研究人員開發(fā)了一種新的光催化劑設(shè)計，使水分解過程更加直接和受控。

（圖片來源：維也納工業(yè)大學(xué)）

通過“光催化水分解”過程，有望直接利用陽光來分解水。該概念在工業(yè)上尚未得到應(yīng)用。TU Wien研究人員朝著這個方向邁出了重要的一步：從原子層面構(gòu)建新的分子和固體催化劑組合，使用成本較低的材料，即可完成這項工作。

不同原子的相互作用

該校材料化學(xué)研究所的Alexey Cherevan表示：“實際上，用光分解水需要同時解決兩個問題，必須考慮氧和氫。水中的氧原子一定要轉(zhuǎn)變成氧氣分子，其余的氫離子（僅僅是質(zhì)子）必須變成氫氣分子?！?/p>

研究人員找到了相關(guān)的解決辦法，將由少量原子組成的微小無機團簇固定在吸光載體結(jié)構(gòu)（如鈦氧化物）的表面上。通過團簇和精選半導(dǎo)體載體組合，實現(xiàn)預(yù)定目標(biāo)。負責(zé)氧化氧的團簇由鈷、鎢和氧組成，而硫和鉬的團簇特別適合生產(chǎn)氫分子。這是研究人員首次將這些團簇沉積在鈦氧化物的表面上，使其充當(dāng)水分解催化劑。

Alexey Cherevan表示：“眾所周知，鈦氧化物對光很敏感。所吸收的光能，使鈦氧化物中產(chǎn)生自由移動的電子和正電荷。然后，在這些電荷的作用下，表面的原子團簇促進水分解成氧氣和氫氣?！?/p>

精確控制各個原子

Alexey Cherevan解釋說：“其他通過光分解水的研究，需要用到納米粒子。這些粒子的形狀和表面性能差異很大，不僅難以控制尺寸，原子的排列方式也不盡相同。在這種情況下，無法詳細準確地了解催化過程?！毕啾戎?，使用這種新方法，原子團簇的精確結(jié)構(gòu)由原子精度決定，可以充分了解催化循環(huán)。

“要了解決定工藝效率的因素，這是獲得反饋的唯一途徑。研究人員不想僅僅依靠試錯法，反復(fù)試驗不同的納米粒子，直至找到最好的粒子，而是想從原子層面上找出最佳催化劑?！?/p>

現(xiàn)已證明所選材料確實適合分解水，下一步就是精準調(diào)整其結(jié)構(gòu)，以實現(xiàn)更高的效率。

簡單而富有前景

Alexey Cherevan強調(diào)：“與電分解水相比，這種方法的獨特優(yōu)勢在于簡單性。”電制氫首先需要一種可持續(xù)能源，如光伏電池，可能還需要電能儲存裝置和電解槽?？偠灾嚓P(guān)系統(tǒng)比較復(fù)雜，需要大量構(gòu)建材料。相比之下，光催化水分解只需要有合適的涂層表面，使其被水覆蓋并被太陽照射即可。

從長遠來看，通過這種方法，還可以利用人工光合作用的概念，生產(chǎn)更復(fù)雜的分子。甚至可以借助太陽輻射的能量，利用大氣中的二氧化碳和水生產(chǎn)碳氫化合物，然后用于其他用途。

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