4月7日，在中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心实验室，科研人员在检测改造后的半导体光催化材料二氧化钛样品。新华社记者 潘昱龙 摄
新华社沈阳4月8日电（记者王莹、刘祯）记者从中国科学院金属研究所获悉，我国科研人员利用稀土元素钪对光催化分解水的催化材料进行改造，产氢效率提高15倍，创造了该材料体系的新纪录。相关论文4月8日在学术期刊《美国化学学会杂志》上发表。
据介绍，光解水制氢以二氧化钛半导体为催化材料，在阳光下直接将水分解成氢气和氧气。当光线照射二氧化钛时，内部产生的带电粒子成为分解水的工具，整个过程绿色环保。
4月7日，在中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心实验室，科研人员在研磨改造后的半导体光催化材料二氧化钛。新华社记者 潘昱龙 摄
“但这些被激活的带电粒子并不稳定，绝大多数在百万分之一秒内就会复合湮灭。此外，高温制备容易形成氧空位捕获带电粒子，这些都大大降低了光催化反应的效率。”中国科学院金属研究所所长、科研团队负责人刘岗说。
针对这一问题，科研团队创造性地引入钛在元素周期表中的邻居——钪元素对二氧化钛进行改造。由于半径相近，钪离子能完美嵌入材料而不造成结构变形，钪的稳定价态也恰好能够中和电荷失衡问题，且钪离子能重构晶体表面，产生特定的晶面结构让带电粒子有充分参与反应的时间和空间。
4月7日，在中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心实验室，科研人员在讨论实验设计。新华社记者 潘昱龙 摄
“改造后的光催化材料性能显著提升，紫外线利用率突破30%，在模拟太阳光下产氢效率较同类材料提升15倍。”刘岗说，如果用这种材料制作1平方米的光催化板，在阳光照射下每天能产生约10升的氢气。
目前，我国二氧化钛产能占全球50%以上，已形成完整的产业链。同时，我国的钪储量也位居世界前列。科研人员表示，光催化分解水效率进一步突破后将有望实现产业应用，推动能源结构升级。
4月3日，在中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心实验室，科研人员展示改造前后的半导体光催化材料二氧化钛。新华社记者 金立旺 摄
这是在中国科学院金属研究所实验室沈阳材料科学国家研究中心拍摄的光催化分解水制氢实验（4月3日摄）。新华社记者 金立旺 摄
4月3日，在中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心实验室，科研人员展示改造后的半导体光催化材料二氧化钛。新华社记者 金立旺 摄
4月3日，在中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心实验室，科研人员在讨论实验设计。新华社记者 金立旺 摄
4月3日，在中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心实验室，科研人员在观察光催化分解水制氢的实验进展。新华社记者 金立旺 摄
4月3日，在中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心实验室，研究员刘岗（中）、副研究员康宇阳（左）、博士研究生秦飞合影。新华社记者 金立旺 摄
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