将纳米材料与吸光分子结合后，仅凭水和阳光也能制氢！
2020-12-18 16:59:51
作为一种高能、清洁的可再生能源，“氢气”一直都是人类追逐的目标，出于环保的考虑，电解水更被认为是制氢的最好途径。但是“水制氢”的普及面临着一个大难题，就是它的催化剂效率和成本实在是不理想，这也是之前“水氢汽车”事件为什么会受到质疑的原因。
不过最近，东京理工大学(Tokyo Institute of Technology)由前田和彦领导的研究小组公开了一项关于新型光催化剂的研究成果，这种催化剂可用于在阳光下分解水分子获得氢气。据报道，该催化剂由纳米级金属氧化物片和钌基染料分子组成，其工作原理类似于染料敏化太阳能电池——光催化活性的金属氧化物能将水分解成H2和O2，而染料敏化的氧化物则能利用可见光。据悉，这种新型光催化剂能够以每小时1960次的周转频率从水中产生H2，外量子产率为2.4% 。
这种新材料由高表面积的铌酸钙纳米片（HCa2Nb3O10）插入铂（Pt）纳米团簇作为H2析出位点构成。然而，铂修饰的纳米薄片并不能单独工作，因为它们不能有效地吸收阳光。因此，科学家巧妙地利用可吸收可见光的钌基染料分子，将其与纳米片结合，使太阳能驱动H2进行生产成为可能。
铌酸钙纳米片的高表面积和结构灵活性最大化了H2析出位点的染料载量和密度，从而提高了H2析出效率。此外为了优化性能，前田的团队还用非晶态氧化铝对纳米片进行了改性，提高了电子的转移效率。“纳米片状氧化铝的改性不仅促进了染料的再生，而且不会阻碍电子从激发态染料注入到纳米片中”前田说。
“直到最近，人们还认为使用高效的染料敏化光催化剂在可见光下分解水来实现H2的制备是非常困难的，”前田解释说。“但我们的新结果证实，只要对混合光催化剂进行精心设计，那确实是可行的。”
资料来源：东京理工大学
Coco编译