电解水产生氢气的效率，利用太阳光分解水制氢-热闻精选-小童说事

创作者：天崖爱科学

假如你见到有些人把一些白色粉末扔渗水里，不用电量，也无需加温或耗费别的电力能源，就凭自然光或LED光源直射，水就能源源不绝转化成氡气和o2。你信吗？更让人惊讶的是，即使通过几十个钟头的试验，这类白色粉末的量并沒有降低，只需存水和阳光照射，氡气就能不断持续造成。

《自然—通讯》（1月10日刊登）

这并不是哪些“水变油”的试验，这也是千真万确的！云南师范大学原材料与新能源学校试验室柳清菊早已取得成功进行了这一令人激动的试验，其有关文章已刊登在《自然-通讯》杂志期刊上。

柳清菊，云南师范大学专家教授、博导、云南微结构资料与新技术重点实验室负责人

实际上，阳光照射溶解水制取氢气，并不是什么新鲜事儿。早在1972年，日本东京大学Fujishima A和Honda K俩位专家教授就初次发觉，用二氧化钛作催化剂，日光阳光照射下，水就会溶解造成氡气这一状况。在这种情况当中，做为催化剂的半导体材料（半导体的氢氧化物，二氧化钛是普遍的催化剂）具有十分核心的功效。

光解水的机理为：光辐射在半导体材料上，当辐射源的动能超过或等同于半导体材料的禁带宽度时，半导体内电子器件受激起从费米能级越迁到导带，而空穴则留到费米能级，使电子器件和空穴产生分离出来，随后各自在半导体材料的不一样部位将水转变成氡气或是将水空气氧化成o2。

其基本上全过程如下所示：

光催化剂原材料消化吸收一定动能的光量子之后，造成电子器件和空穴对；

电子空穴对分离出来，向光催化剂表面挪动；

转移到半导体材料表面的电子器件与水反映造成氡气；

转移到半导体材料表面的空穴与水反映造成o2；

一部分电子器件和空穴复合型，转换成对产氢无意义的热能工程或莹光。

可是从1972年迄今，50年过去，光溶解水一直仅仅滞留在试验室当中，远远地都还没做到工业化生产的程度，根本原因是也有三大难点沒有处理：

电解水制氢高效率不高，远远地没做到10%的临界值线；

催化剂非常容易产生光浸蚀状况，迅速丧失活力，这促使生产制造催化剂的费用十分昂贵，基本上沒有好用实际意义；

仅有在紫外线直射下能会造成氡气。

高效率不高一个关键因素是，因为电子器件带负电荷，空穴带正电荷，同性相斥，这促使“电子器件—空穴”非常容易复合型，造成产氢量子效率不高，比较严重妨碍了光解水电解水制氢的发展趋势。因而，怎样阻拦“电子器件—空穴”的复合型，提升催化氧化电解水制氢高效率，已成为了现阶段世界上催化氧化研究领域的重要考验之一，也是牵制催化氧化电解水制氢技术性产品化的短板难点。

柳清菊精英团队根据很多研究发现，采用金属材料铜（Cu）改性材料二氧化钛（TiO2），选用尤其的方式使铜以单原子方式坚固锚定于具备大比表面的TiO2纳米颗粒表面，单独原子做为化学变化的活力结构域，使光催化剂的活性做到利润最大化，产氢量子效率一下子就大幅度提高到56%，在国际性上最先完成了量子效率的提升。

（量子效率，就是指感光元器件，如胶片、光感应藕合元器件等，将其受光表面接受到的光量子变换为电子器件-空穴对的百分数，胶片的量子效率通常小于10%。）

铜原子改进二氧化钛催化反应制氢机理图。Cu /Cu2 的可逆性转变大大的推动了光生自由电子的分离出来和传送，大幅度提高了光生电子器件的使用率，使产氢的表观量子效率做到56%

纯TiO2及其不一样金属材料单原子负荷TiO2的产氢率，图上统计显示，铜的产氢率最大。

不一样铜原子成分下5个小时的产氢量，从数据图表中可以看得出，当铜原子成分是1.5%每小时氢量最大。

柳清菊精英团队的分析还发觉，改进后的二氧化钛催化剂活力平稳，具备较长的催化氧化可靠性，经历几十个钟头的催化反应化合反应，催化剂的量几乎沒有损耗。而基本情况下，即使历经长期的储放，仍然能维持和新制取试品的一样产氢特性。这针对减少电解水制氢成本费，简单化生产工艺流程，免去价格昂贵的机器设备等拥有至关重要的实际意义。

不一样储放时间的改进后TiO2产氢的循环系统可靠性和长期性可靠性。最终一根曲线图是表明储放380天之后的特性。

那麼，那么问题来了，柳清菊精英团队的重大发现，会让光溶解电解水制氢迈向规模性的工业生产运用吗？回答是否认的，这一发觉都还没摆脱第3个难点：光催化剂仅有在紫外线照射下才会完成“使水变氢”。

目前为止，目前光解水催化剂通常在紫外光区才有活力，在光波长400nm以上的可见光范围内，它的转换高效率又快速降低到10%下列。因为地球上空中存有臭氧洞，太阳紫外线的绝大多数都被挡在了宇宙空间，抵达地球上表面的只能大概4%。自然光的动能关键聚集于由此可见和红外线区。在其中能见光占有率约为43%，红外线占有率为53%。因而，假如能产品研发出能见光乃至是红外线回应的催化剂，大家的吉日才会来临。

即便如此，柳清菊精英团队的发觉摆脱了光催化剂当中三大难点中的2个难点，从这种实际意义上说，这一发觉依然是里程碑式的。《自然-通讯》杂志期刊的评审人说，这一发觉造就了新的世界记录。大家有借口坚信，在专家的不断勤奋下，终有一天，大家车辆中所加的然料，不会再是汽柴油，而会是氢，乃至是水，期待这一天尽早来临，由于我们的星球很有可能已经不住不可再生资源的瞎折腾了。