科学家们正在急切地探寻诸如氢之类的清洁燃料来源,以助力达成碳中和。
“水分解光催化剂仅依靠阳光和水就能生成氢(H2),”该项目的首席研究员、来自东北大学的 Yuichi Negishi 教授解释道,
“然而,这一过程就实际应用而言,尚未得到充分优化。倘若我们能够提升其活性,便能利用氢来实现下一代能源社会。”
研究团队创立了一种新方法,此方法采用了粒径约为 1 纳米的超细铑(Rh)-铬(Cr)混合氧化物(Rh2-xCrxO3)助催化剂(其为实际的反应位点,也是阻止 H2与氧气重新形成水的关键成分)。随后,它们被有选择地负载到光催化剂的晶面上(光催化剂借助阳光和水来加快反应)。
这些发现被发表在《美国化学学会杂志》上。
此前的研究未能在单个反应中实现这两项成果:一种微小的助催化剂,还能被放置在光催化剂的特定区域。
较小的颗粒尺寸很重要,因为由于助催化剂的比表面积增加,每加载一定量助催化剂时的活性会大大提高。晶面选择性负载也很重要,否则,随机放置的助催化剂可能最终位于不发生所需反应的晶面上。
对通过 F-NCD 方法(Rh2-xCrxO3/18-STO(F-NCD))制备的光催化剂中助催化剂的颗粒尺寸、负载位置和电子态与通过常规方法制备的进行了比较。总体而言,通过新方法制备的光催化剂水分解光催化活性提高了 2.6 倍。所得的光催化剂达到了迄今为止钛酸锶的最高表观量子产率。
这种出色的方法提高了我们在不产生二氧化碳等有害副产品的情况下生产氢气的能力。这可能使我们能够将氢气作为一种更丰富的绿色能源加以使用,从而让我们都能更轻松地呼吸。
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