通过赤铁矿的超微粒子化实现太阳能高效制氢
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摘 要：神户大学的研究小组宣布已成功开发出一种结构控制技术，其可大大提高使用赤铁矿光催化剂从阳光和水中产生的氢气量。
关键字：赤铁矿、超微粒子化、结构控制技术、光催化剂、太阳能高效制氢
通过赤铁矿的超微粒子化实现太阳能高效制氢
神户大学的研究小组于今年5月份宣布，已成功开发出一种结构控制技术，其可大大提高使用赤铁矿光催化剂从阳光和水中产生的氢气量。赤铁矿廉价且稳定，能够吸收大范围的可见光。通过该项技术，成功将赤铁矿的转化率提高到理论极限值（16%）的42%。
目前，在利用太阳光和光催化剂的制氢技术中，太阳能的转化率还停留在百分之几，而想要将其投入实际使用，必须将太阳能转化率提高到10%以上。为实现此目标，该研究小组正在积极进行相关研发。
赤铁矿介晶光催化剂电极的结构和利用太阳能的水分解特性。（a）赤铁矿介晶（直径约5nm的超微粒子集合体）在电子显微镜下的图像。（b）从电极生成气体的示意图。（图片来源：神户大学）
光催化剂反应效率低下的主要原因是光产生的电子和空穴在与表面上的分子（在这种情况下为水）发生反应之前会重新结合。针对这种现象，神户大学将光催化剂的超微粒子定向排列，合成三维构造的赤铁矿介晶（直径约为5nm的超微粒子集合体），并通过将该介晶积累和烧结在透明电极底板上，成功开发出导电性和水分解性能优异的介晶光催化剂电极。
将光催化剂附着在电极的介晶表面并用人造太阳光照射后，在1.23V的施加电压下，水分解反应在5.5mA/cm2的光电流密度下发生，这是赤铁矿在世界上实现的最高性能。另外，赤铁矿在100小时的反复实验过程中稳定运行。
此次开发的技术不仅应用于赤铁矿，还可以应用于其他金属氧化物。今后，研究人员将通过产学合作，提高赤铁矿介晶光催化剂电极的效率，并在将其引入太阳能制氢系统的同时，将其应用于包括人工光合作用在内的各种反应系统中。
翻译：肖永红
审校：李涵、贾陆叶
统稿：李淑珊
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