国家科学研究所 透过一个超高真空反应器内部的窗户观察，二氧化钛纳米管被纳米氧化钴修饰
我们看到火焰(由激光烧蚀产生的等离子体)溅射CoO，导致其纳米粒子的形成
荣誉:克里斯蒂安·弗勒里(INRS) INRS国家科学研究所的一个研究小组与CNRS-斯特拉斯堡大学联合研究实验室——能源、环境和健康化学与过程研究所的法国研究人员联手，为生产绿色氢铺平了道路
这个国际团队已经开发了新的阳光光敏纳米结构电极
他们的研究结果发表在2020年11月的《太阳能材料和太阳能电池》杂志上
能量转移向量 经济合作与发展组织(经合组织)的几个国家正在考虑将氢作为向脱碳工业和部门过渡的关键因素
根据INRS大学教授米·阿里·埃尔·卡卡尼的说法，魁北克可以在未来的能源行业中进行战略定位
“多亏了高性能纳米材料，我们可以提高水分解产生氢气的效率
这种“清洁”燃料对于重型卡车运输和公共交通的脱碳越来越重要
例如，使用氢作为燃料的公交车已经在几个欧洲国家和中国投入使用
这些公共汽车排放的是水而不是温室气体，”这位物理学家和纳米材料专家补充道
长期以来，通过电解将水分子分解成氧和氢
然而，工业电解槽非常耗能，需要大量投资
INRS和国际植物保护研究所的研究人员受到了一种自然机制的启发:光合作用
事实上，他们已经开发出了特殊设计和结构的电极，可以在阳光下分解水分子
这是一个被称为光催化的过程
用氧化钴纳米粒子修饰的二氧化钛纳米管阵列的电子显微镜图像(俯视图)
信用:INRS 纳米结构电极设计和制造中的挑战 为了最大限度地利用太阳能，研究小组选择了一种非常丰富且化学性质稳定的材料:二氧化钛
二氧化钛是一种半导体，以对紫外光敏感而闻名，而紫外光只占太阳辐射的5%
研究人员利用他们在该领域的专业知识，首先改变二氧化钛的原子组成，并将其光敏性扩展到可见光
他们能够制造出能够吸收多达50%太阳发出的光的电极
从一开始就是巨大的收获！ 研究人员随后对电极进行了纳米结构处理，形成了类似蜂窝状结构的二氧化钛纳米管网络
这种方法使电极的有效表面积增加了100，000倍或更多
“纳米结构使材料的表面积和体积之比最大化
例如，二氧化钛纳米结构可以提供高达每克50平方米的表面积
那是中型公寓的表面积！”埃尔·卡卡尼教授指出
电极制作的最后一步是他们的“纳米装饰”
“这一过程包括在二氧化钛纳米管的无限网络上沉积催化剂纳米粒子，以提高其制氢效率
为了实现这一纳米装饰步骤，研究人员使用了激光烧蚀沉积技术，埃尔·卡卡尼教授在过去25年中在这一领域发展了独特的专业知识
挑战不仅在于控制二氧化钛纳米管基质上催化剂纳米颗粒的大小、分散和固定，还在于寻找昂贵的铱和铂传统催化剂的替代品
这项研究确定氧化钴(CoO)，一种在魁北克地下很容易获得的材料，是分解水分子的有效助催化剂
对这两种材料的比较表明，与裸纳米管相比，在可见光下，CoO纳米粒子使这些新的纳米修饰电极的光催化效率增加了10倍
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