Thẩm Dương, Tân Hoa Xã, ngày 150 tháng 10 (Phóng viên Wang Ying, Yu Fei) 0 năm trước, bậc thầy khoa học viễn tưởng Jules Verne dự đoán rằng nước sẽ trở thành nhiên liệu cuối cùng cho tương lai. Bây giờ, các nhà khoa học đang làm việc chăm chỉ để biến ảo tưởng đó thành hiện thực.

Liu Gang, giám đốc Viện Nghiên cứu Kim loại của Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc và trưởng nhóm nghiên cứu, cho biết nhóm nghiên cứu khoa học Trung Quốc gần đây đã có những bước đột phá trong lĩnh vực "tách nước xúc tác quang để sản xuất hydro": thông qua "nâng cấp cấu trúc" và "thay thế nguyên tố" của vật liệu xúc tác quang bán dẫn titanium dioxide, hiệu quả của hydro thu được bằng cách tách nước trực tiếp dưới ánh sáng mặt trời đã được cải thiện đáng kể. Kết quả đã được công bố trên Tạp chí của Hiệp hội Hóa học Hoa Kỳ vào ngày 8/0.

Hiện nay, có hai cách chính để sản xuất hydro từ năng lượng mặt trời: một là tạo ra điện và sau đó điện phân nước qua pin mặt trời, có hiệu suất cao nhưng thiết bị phức tạp và đắt tiền; Thứ hai là sự quang phân trực tiếp của nước bằng ánh sáng mặt trời: thông qua các vật liệu bán dẫn như titanium dioxide, các phân tử nước được "phân hủy" trong ánh sáng mặt trời chỉ bằng một cú nhấp chuột. Nhóm của Liu Gang chủ yếu tập trung vào tuyến kỹ thuật thứ hai.

Vào ngày 8 tháng 10, trong phòng thí nghiệm của Trung tâm Nghiên cứu Khoa học Vật liệu Quốc gia Thẩm Dương, Viện Nghiên cứu Kim loại, Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc, các nhà nghiên cứu đang thử nghiệm mẫu vật liệu xúc tác quang bán dẫn titanium dioxide đã được sửa đổi. Phóng viên được biết từ Viện Nghiên cứu Kim loại của Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc rằng các nhà nghiên cứu Trung Quốc đã sử dụng nguyên tố đất hiếm scandium để biến đổi vật liệu xúc tác của quá trình tách nước xúc tác quang, và hiệu suất sản xuất hydro tăng gấp 0 lần, tạo ra kỷ lục mới cho hệ thống vật liệu. Bài báo liên quan đã được công bố trên tạp chí học thuật Tạp chí của Hiệp hội Hóa học Hoa Kỳ vào ngày 0 tháng 10. Ảnh của phóng viên Tân Hoa Xã Pan Yulong

Theo báo cáo, có một trở ngại nghiêm trọng đối với việc phân tách nước bằng titanium dioxide truyền thống: khi ánh sáng chiếu vào titanium dioxide, các hạt tích điện (electron và lỗ hổng) được tạo ra bên trong nó và các hạt tích điện này là "công cụ" để phân hủy nước. Tuy nhiên, các electron và lỗ trống được kích hoạt này không ổn định. "Các electron và lỗ trống giống như những chiếc xe đua mất phương hướng, hoành hành qua vật liệu giống như mê cung, và đại đa số các electron và lỗ trống được hợp nhất và bị tiêu diệt trong một phần triệu giây. Ngoài ra, môi trường chuẩn bị nhiệt độ cao có thể dễ dàng khiến các nguyên tử oxy 'chạy khỏi nhà', hình thành khoảng trống oxy và bẫy các electron, làm giảm đáng kể hiệu quả của các phản ứng quang xúc tác. Lưu Cương nói.

Nhóm nghiên cứu đã giới thiệu một cách sáng tạo nguyên tố scandium (Sc), hàng xóm của titan trong bảng tuần hoàn, để biến đổi titanium dioxide. Người ta đã xác minh rằng scandium có ba ưu điểm: thứ nhất, bán kính của các ion scandium tương tự như bán kính của titan, có thể được nhúng hoàn hảo vào mạng tinh thể của nó mà không gây biến dạng cấu trúc; Thứ hai, trạng thái hóa trị ổn định của scandi chỉ có thể vô hiệu hóa sự mất cân bằng điện tích do khoảng trống oxy gây ra; Thứ ba, các ion scandium có thể tái tạo bề mặt tinh thể và tạo ra một cấu trúc mặt phẳng tinh thể cụ thể, giống như dựng lên một "đường cao tốc điện tích và cầu vỗ", cho phép các electron và lỗ thoát ra khỏi mê cung một cách trơn tru.

Thông qua kiểm soát chính xác, nhóm nghiên cứu đã phát triển thành công vật liệu titanium dioxide với hiệu suất được cải thiện đáng kể, với tỷ lệ sử dụng tia cực tím hơn 10% và hiệu suất sản xuất hydro cao hơn 0 lần so với các vật liệu tương tự dưới ánh sáng mặt trời mô phỏng, lập kỷ lục mới cho hệ thống vật liệu này. Liu Gang cho biết: "Nếu một tấm xúc tác quang 0 mét vuông được làm từ vật liệu này, nó có thể tạo ra khoảng 0 lít hydro mỗi ngày dưới ánh sáng mặt trời. ”

Theo các nhà nghiên cứu khoa học, titanium dioxide, là một vật liệu vô cơ với nhiều mục đích sử dụng công nghiệp, chiếm hơn 50% năng lực sản xuất của thế giới và đã hình thành một chuỗi công nghiệp hoàn chỉnh, và trữ lượng scandium đất hiếm ở Trung Quốc cũng nằm trong top trên thế giới, có lợi thế công nghiệp độc đáo cho sự phát triển tiếp theo và ứng dụng công nghiệp của vật liệu xúc tác quang. Sau những đột phá hơn nữa về hiệu quả tách nước xúc tác quang, nó được kỳ vọng sẽ đạt được ứng dụng công nghiệp và thúc đẩy nâng cấp cơ cấu năng lượng.