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摘要：瑞士苏黎世联邦理工学院的研究小组成功开发出一种新型光催化剂，该催化剂大幅提高了将光转化为氢能的效率，利用该催化剂的制氢方法可以摆脱化石燃料的使用，不仅适用于汽车和飞机，还适用于大型电网，有望成为大规模工业制氢的新型方法。

关键字：光催化剂、制氢方法、二氧化钛、钯、大规模工业制氢

近年来，氢因在燃烧时不会排放CO₂，作为燃料电池汽车和氢发动机汽车等的新燃料备受关注。作为氢的制造方法，从石油或甲烷气体等化石燃料中分离氢的方法以及电解水的方法等广为人知。但是，前者在制造时会排放CO₂，而后者则需要大量的电力进行电解，如果使用由火力发电等产生的电力的话还是会排放CO₂。

作为另一种制氢方法，使用光催化剂从乙醇或甲醇中分离氢的方法正被广为研究。如果使用生物乙醇等作为原料的话，可以实现CO₂循环，契合碳中和理念。

据学术期刊《Applied Materials & Interfaces》报道，瑞士的苏黎世联邦理工学院对这种光催化剂的改良进行了研究，并开发了一种新型光催化剂，该催化剂能够提高将光转化为氢能的效率，达到现有材料的70倍。

光催化剂的首选材料是半导体二氧化钛(TiO₂)，但二氧化钛只能吸收仅占太阳光5%的紫外光。为了推进光催化剂在能源产业中的高效使用，需要使其能够吸收更宽波长范围的光。

针对该课题，研究小组发现，通过向TiO₂纳米颗粒中掺杂氮，并将材料中的个别氧原子替换为氮原子，可以吸收包括可见光在内的更大波长范围的太阳光。

研究小组制造了一种负载有钯的氮掺杂TiO₂纳米颗粒基气凝胶。结果，气态物质通过气凝胶的孔隙扩散，并通过TiO₂的表面和钯纳米颗粒转化为氢。在为期5天的实验过程中，反应始终很稳定。

对于工业应用而言，反应的稳定性毫无疑问是一个重要因素，但最重要的是贵金属钯的加入显著提高了反应效率。在实验中，通过组合使用TiO₂纳米颗粒和钯，制氢效率与其他替代方法相比高达70倍。利用本研究的催化剂的制氢方法可以摆脱化石燃料的使用，不仅适用于汽车和飞机，还适用于大型电网，有望成为大规模工业制氢的新型方法。

新型光催化剂开发成功！制氢效率提高至70倍