150 tahun yang lalu, master fiksyen sains Jules Verne meramalkan bahawa air akan menjadi bahan api utama untuk masa depan. Kini, saintis bekerja keras untuk mengubah fantasi itu menjadi kenyataan.

Liu Gang, pengarah Institut Penyelidikan Logam Akademi Sains China dan ketua pasukan penyelidik, berkata bahawa pasukan penyelidik saintifik China baru-baru ini telah membuat kejayaan dalam bidang "pemisahan air fotokatalitik untuk menghasilkan hidrogen": melalui "facelift struktur" dan "penggantian unsur" bahan fotokatalitik semikonduktor titanium dioksida, kecekapan hidrogen yang diperoleh dengan pemisahan air langsung di bawah cahaya matahari telah meningkat dengan ketara. Hasilnya diterbitkan dalam Jurnal Persatuan Kimia Amerika pada 8/0.

Pada masa ini, terdapat dua cara utama untuk menghasilkan hidrogen daripada tenaga suria: satu ialah menjana elektrik dan kemudian mengelektrolisis air melalui sel solar, yang mempunyai kecekapan tinggi tetapi peralatan yang kompleks dan mahal; Yang kedua ialah fotolisis langsung air oleh cahaya matahari: melalui bahan semikonduktor seperti titanium dioksida, molekul air "terurai" dalam cahaya matahari dengan satu klik. Pasukan Liu Gang terutamanya memberi tumpuan kepada laluan teknikal kedua.

Menurut laporan, terdapat halangan serius untuk membelah air dengan titanium dioksida tradisional: apabila cahaya mengenai titanium dioksida, zarah bercas (elektron dan lubang) dijana di dalamnya, dan zarah bercas ini adalah "alat" untuk menguraikan air. Walau bagaimanapun, elektron dan lubang yang diaktifkan ini tidak stabil. "Elektron dan lubang adalah seperti kereta lumba yang tidak berorientasi, mengamuk melalui bahan seperti labirin, dan sebahagian besar elektron dan lubang disatukan semula dan dimusnahkan dalam seperjuta saat. Di samping itu, persekitaran penyediaan suhu tinggi dengan mudah boleh menyebabkan atom oksigen 'melarikan diri dari rumah', membentuk kekosongan oksigen dan memerangkap elektron, yang sangat mengurangkan kecekapan tindak balas fotokatalitik. Liu Gang berkata.

Pasukan penyelidik secara kreatif memperkenalkan unsur scandium (Sc), jiran titanium dalam jadual berkala, untuk mengubah suai titanium dioksida. Telah disahkan bahawa skandium mempunyai tiga kelebihan: pertama, jejari ion skandium adalah serupa dengan titanium, yang boleh tertanam dengan sempurna dalam kekisi kristalnya tanpa menyebabkan ubah bentuk struktur; Kedua, keadaan valens stabil skandium hanya boleh meneutralkan ketidakseimbangan cas yang disebabkan oleh kekosongan oksigen; Ketiga, ion scandium boleh membina semula permukaan kristal dan menghasilkan struktur satah kristal tertentu, sama seperti mendirikan "lebuh raya cas dan jejantas", membolehkan elektron dan lubang keluar dari labirin dengan lancar.

Melalui kawalan yang tepat, pasukan itu berjaya membangunkan bahan titanium dioksida dengan prestasi yang lebih baik dengan ketara, dengan kadar penggunaan ultraungu lebih daripada 10%, dan kecekapan pengeluaran hidrogen 0 kali lebih tinggi daripada bahan serupa di bawah cahaya matahari simulasi, menetapkan rekod baharu untuk sistem bahan ini. Liu Gang berkata: "Jika papan fotokatalitik 0 meter persegi diperbuat daripada bahan ini, ia boleh menghasilkan kira-kira 0 liter hidrogen sehari di bawah cahaya matahari. ”

Menurut penyelidik saintifik, titanium dioksida, sebagai bahan bukan organik dengan pelbagai kegunaan perindustrian, menyumbang lebih daripada 50% daripada kapasiti pengeluaran dunia, dan telah membentuk rantaian perindustrian yang lengkap, dan rizab skandium nadir bumi di China juga antara yang teratas di dunia, yang mempunyai kelebihan perindustrian yang unik untuk pembangunan seterusnya dan aplikasi industri bahan fotokatalitik. Selepas kejayaan selanjutnya dalam kecekapan pembahagian air fotokatalitik, ia dijangka mencapai aplikasi perindustrian dan menggalakkan peningkatan struktur tenaga.