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18日，在2024年黑龙江农机产品展示交易会上，一部可智能播种，又可助力增产的电驱气吸播种机引发众人关注。这台高端智能电驱气吸播种机的价格与机械播种机价格相当，据悉，研发团队通过自主研发和 人体免疫系统中的小过滤器淋巴结有了新妙用。近日，浙江大学药学院、金华研究院教授顾臻团队联合多位科研人员，在国际上首次提出利用冷冻干燥的淋巴结组织提升抗肿瘤药物疗效的方法。相关论文发 239万的无人驾驶航空器淘宝上架，人人可以“打飞的”还有多远 239万元/架的无人驾驶载人航空器也看上了电商渠道。 3月18日，亿航智能设备(广州)有限公司(下称“亿航智能”)在淘宝上架了其生产的EH216-S无人驾 英伟达AI风暴席卷医疗行业 “AI制药”是风口还是泡沫？ 季媛媛 全球医疗健康行业正刮起最强AI风暴。 当地时间3月18日，全球瞩目的顶级AI盛会――英伟达2024年GPU技术大会(NVIDIA GTC 2024)正式开幕。据相关 据一项在本周举行的美国心脏协会会议上提交的新研究，每天进食时间控制在8小时内的间歇性禁食方法可能与心脏病死亡风险上升相关。近年来越来越流行的间歇性禁食指限制进食时间，在每天或每周的 “AI热潮”有人欢喜又有人忧：新兴市场遭资金外流！ 财联社3月20日讯(编辑 黄君芝)巴西亿万富翁、巴西金融公司Banco BTG Pactual SA创始人Andre Esteves表示，人工智能(AI)股票持续上涨导致发展中国家资本市场资金 。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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