目前，人们在制造绿色氢时，通常使用由可再生能源产生的电流来分解水。据外媒报道，维也纳工业大学（TU Wien）的研究人员开发了一种新的光催化剂设计，使水分解过程更加直接和受控。
（图片来源：维也纳工业大学）
通过“光催化水分解”过程，有望直接利用阳光来分解水。该概念在工业上尚未得到应用。TU Wien研究人员朝着这个方向迈出了重要的一步：从原子层面构建新的分子和固体催化剂组合，使用成本较低的材料，即可完成这项工作。
不同原子的相互作用
该校材料化学研究所的Alexey Cherevan表示：“实际上，用光分解水需要同时解决两个问题，必须考虑氧和氢。水中的氧原子一定要转变成氧气分子，其余的氢离子（仅仅是质子）必须变成氢气分子。”
研究人员找到了相关的解决办法，将由少量原子组成的微小无机团簇固定在吸光载体结构（如钛氧化物）的表面上。通过团簇和精选半导体载体组合，实现预定目标。负责氧化氧的团簇由钴、钨和氧组成，而硫和钼的团簇特别适合生产氢分子。这是研究人员首次将这些团簇沉积在钛氧化物的表面上，使其充当水分解催化剂。
Alexey Cherevan表示：“众所周知，钛氧化物对光很敏感。所吸收的光能，使钛氧化物中产生自由移动的电子和正电荷。然后，在这些电荷的作用下，表面的原子团簇促进水分解成氧气和氢气。”
精确控制各个原子
Alexey Cherevan解释说：“其他通过光分解水的研究，需要用到纳米粒子。这些粒子的形状和表面性能差异很大，不仅难以控制尺寸，原子的排列方式也不尽相同。在这种情况下，无法详细准确地了解催化过程。”相比之下，使用这种新方法，原子团簇的精确结构由原子精度决定，可以充分了解催化循环。
“要了解决定工艺效率的因素，这是获得反馈的唯一途径。研究人员不想仅仅依靠试错法，反复试验不同的纳米粒子，直至找到最好的粒子，而是想从原子层面上找出最佳催化剂。”
现已证明所选材料确实适合分解水，下一步就是精准调整其结构，以实现更高的效率。
简单而富有前景
Alexey Cherevan强调：“与电分解水相比，这种方法的独特优势在于简单性。”电制氢首先需要一种可持续能源，如光伏电池，可能还需要电能储存装置和电解槽。总而言之，相关系统比较复杂，需要大量构建材料。相比之下，光催化水分解只需要有合适的涂层表面，使其被水覆盖并被太阳照射即可。
从长远来看，通过这种方法，还可以利用人工光合作用的概念，生产更复杂的分子。甚至可以借助太阳辐射的能量，利用大气中的二氧化碳和水生产碳氢化合物，然后用于其他用途。
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