团队开发光动力催化剂来制造氢气

来自UPC和加泰罗尼亚纳米科学与纳米技术研究所(ICN2)的团队设计了一种高效稳定的光催化剂，能够直接利用阳光产生氢气。研究结果发表在《自然通讯》杂志上。

氢对于能源转型至关重要，只要它是由可再生能源(绿色氢)生产的。人们很早就知道，一些半导体中的电子在受到阳光照射时可以参与化学反应。

二氧化钛就是这种情况，它是一种廉价且无害的材料，广泛用作油漆、塑料、纸张、油墨和化妆品中的白色颜料。二氧化钛中的激发电子能够从水和有机化合物中的质子产生氢。然而，由于电子倾向于弛豫而不是反应，氢气产量非常低，因此从实际角度来看该过程的效率太低。

这一限制可以通过使二氧化钛与金属纳米粒子接触来克服，金属纳米粒子充当电子过滤器，延长激发态电子的寿命，以便它们可以发生反应并产生氢气。这使我们能够实现数百倍的产量提高。

这项研究是可持续氢气生产向前迈出的一步。该研究由RamónyCajal研究员LluísSoler和加泰罗尼亚理工大学巴塞罗那理工大学(UPC)化学工程系和能源技术研究所ENCORE-NEMEN研究小组的JordiLlorca教授领导。它们也是氢研究特定中心(CER-H2)的一部分。

研究人员利用机械化学过程，将金属簇沉积在各种形态的二氧化钛纳米颗粒上，发现二氧化钛不同的暴露晶面在氢气生产中也发挥着关键作用。光催化剂的稳定性以及半导体和金属纳米颗粒之间的电子转移强度都与半导体的暴露面密切相关，而半导体的暴露面负责原子迁移和聚集。

结果很明显。当铂簇沉积在八面体二氧化钛纳米粒子上时，获得的光催化剂可以产生更多的氢气，更重要的是，它比任何其他组合都稳定得多。这项研究是纳米技术如何应用​​于能源领域新设备设计的一个显着例子。

为了了解结果，UPC物理系的RamónyCajal研究员ClaudioCazorla进行了量子力学计算，以研究光催化剂的电子结构，并将其与UPC研究中心获得的X射线光电子能谱结果进行了比较多尺度科学与工程。该中心位于Diagonal-Besòs校区，研究人员也在巴塞罗那东部工程学院(EEBE)任教。

这项研究的成果将有助于设计新的催化剂，以高效、可持续地生产绿色氢。UPC的氢研究特定中心已经开始将这些成果付诸实践。