中国科学院金属研究所改造传统催化材料取得新突破 光解水制氢效率提升15倍

早在150年前，科幻大师凡尔纳就预言：水将成为终极燃料。科学家们一直努力将这个预言变为现实。日前，中国科学院金属研究所刘岗团队研究发现，用钪改造二氧化钛作为催化材料，产氢效率比传统的二氧化钛高出15倍以上，创造了该材料体系的新纪录。

目前，太阳能制氢主要有两种方式：一是太阳能发电电解水，效率高，但设备复杂，成本大；二是太阳光直接光解水，用特殊材料催化，“一键分解”水分子，简单又环保。为实现这一路径，科学家们引入了一种叫“二氧化钛”的半导体材料。这种催化材料在阳光照射下，就像微型发电厂一样运转，用来分解水。自1972年被发现能光解水以来，二氧化钛就成为能源界的“超级明星”。

但“超级明星”也有致命缺陷，那就是转化效率低下。刘岗告诉记者，解决问题的关键在于“结构整容”和“元素替代”，“我们选择元素周期表中钛的邻居——钪，作为‘改造工程师’。”

通过在二氧化钛中混入5%的钪，研究团队成功制备出具有特殊双晶面的金红石相二氧化钛，新的催化材料展现惊人的性能飞跃。光生电荷分离效率提升200余倍，对紫外光的量子利用率突破30%。“相当于把原本只能点亮手机的能量，提升到可以驱动电脑的水平。”刘岗介绍。

二氧化钛作为世界三大无机化学品之一，中国年产量占全球50%以上，已形成完整的产业链。而战略资源钪的储量我国位居世界首位，稀土分离技术全球领先。这种“强强联合”的技术路线，为实现应用铺平了道路。

（辽宁日报 记者孔爱群）

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• 发布日期：2025-04-15 07:06:00
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