俄勒岡州立大學的研究人員創造了一種材料，它具有將陽光和水轉化為清潔能源的非凡能力。由 OSU 理學院的 Kyriakos Stylianou 領導的一項合作創造了一種光催化劑，這種催化劑能夠高速、高效地生產氫氣，氫氣可用於汽車燃料電池以及包括氨在內的多種化學品的生產、金屬提煉和塑膠制造。
Stylianou的研究重點是被稱為金屬有機框架（通常簡稱為MOFs）的多孔結晶材料。MOFs 由帶正電荷的金屬離子組成，周圍環繞著有機"連線"分子，具有納米級的孔隙和可調整的結構特性。它們可以設計成多種決定 MOF 效能的成分。
透過光催化進行水分離。資料來源：Kyriakos Stylianou
在這項研究中，研究人員利用 MOF 衍生出一種金屬氧化物異質結--兩種具有互補特性的材料的組合--制造出一種催化劑，當暴露在陽光下時，這種催化劑能快速高效地將水分離成氫。他們將這種異質結稱為 RTTA，其特征是由 MOF 衍生的氧化釕和摻雜了硫和氮的氧化鈦。他們測試了多種含有不同數量氧化物的 RTTA，結果發現它們明顯勝出。
Stylianou說："在各種RTTA材料中，氧化釕含量最低的RTTA-1顯示出最快的氫氣生產速度和較高的量子產率。"
他指出，僅在一小時內，一克 RTTA-1 就能產生超過 10700 微摩爾的氫。這一過程利用光子--光粒子--的比率高達 10%，令人印象深刻，這意味著每 100 個光子擊中 RTTA-1，就有 10 個光子促進了氫的產生。
"RTTA-1之所以具有顯著的活性，是因為金屬氧化物的特性和母體MOF的表面特性產生了協同效應，從而增強了電子傳遞，"Stylianou說。"這項研究凸顯了 MOF 衍生金屬氧化物異質結作為光催化劑用於實際制氫的潛力，有助於開發可持續的高效能源解決方案。"
與傳統的透過產生二氧化碳的甲烷-蒸汽重整工藝從天然氣中獲取氫氣的方法相比，透過催化工藝分裂水產生氫氣的方法更為清潔。
目前從水中制氫的催化工藝涉及電催化--透過催化劑通電。電催化的可持續性取決於可再生能源的使用，而要在市場上具有競爭力，能源必須是廉價的。
目前，甲烷-蒸汽重整生產氫氣的成本約為每公斤 1.5 美元，而綠色氫氣的成本約為每公斤 5 美元。
"水是一種豐富的氫源，光催化技術提供了一種利用地球豐富太陽能制氫的方法，"Stylianou 說。"氧化釕並不便宜，但我們的光催化劑用量極少。對於工業套用來說，如果催化劑顯示出良好的穩定性和可重復性，那麽這種少量氧化釕的成本就變得不那麽重要了。"
編譯自/ScitechDaily
