本站4月8日消息，光催化水分解制氫，作為太陽能轉化為化學能的關鍵，對減少化石能源依賴、緩解環境污染至關重要。
近日，中國科學院金屬研究所宣布，該所團隊在二氧化鈦中引入稀土元素鈧，設計出具有定向光生電荷傳輸通道的催化材料，大幅提升了制氫效率。
太陽能制氫主要有發電后電解水和太陽光直接光解水兩種方式。二氧化鈦雖被稱為“光催化材料”，但被激活的電子和空穴易復合，且高溫制備易形成原子級缺陷，降低制氫效率。
科研團隊通過“元素替代”和“結構整容”解決問題。他們選擇稀土元素鈧，因其離子半徑與鈦相近、價態能中和氧空位帶來的電荷失衡、還能重構晶體原子排布。引入5%鈧原子后，成功制備出特定晶面組成的金紅石相二氧化鈦，形成“電荷高速公路”和強電場，提升了光生電荷分離效率。
測試結果顯示，改造后的半導體光催化材料性能顯著提升，光生電荷分離效率提升200余倍，量子利用率突破30%，產氫效率比原來高出15倍。
未來光催化分解水效率進一步突破后，有望實現產業應用，助力能源結構轉型升級。
Sc摻雜對于金紅石TiO2的缺陷抑制作用
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