东京科学大学 离生产氢的有效方法又近了一步，这样我们最终就可以不用化石燃料和其他对地球有害的能源了。信用:东京科学大学 氢气是一种清洁能源，可以通过用光分解水分子来产生
然而，目前不可能大规模实现这一目标
在最近的一项突破中，日本东京科学大学的科学家开发了一种新方法，该方法利用溶液中的等离子体放电来提高光触媒在水分裂反应中的性能
这为探索大量有助于扩大这一反应的光催化剂打开了大门
日益恶化的全球环境危机，加上化石燃料的枯竭，促使科学家寻找清洁能源
氢(H2)可以作为一种生态友好的燃料，氢的产生已成为一个热门的研究课题
虽然还没有人找到一种节能且负担得起的方法来大规模生产氢气，但该领域的进展是稳定的，并且已经提出了各种技术
一种这样的技术包括使用光和催化剂(加速反应的材料)将水(H2O)分解成氢和氧
该催化剂具有晶体结构，并且能够在它们的一些侧面之间的界面上分离电荷
当光以一定的角度照射到晶体上时，来自光的能量被吸收到晶体中，导致某些电子脱离其围绕材料中原子的原始轨道
当一个电子离开它在晶体中原来的位置时，一个带正电的空位，即所谓的空穴，就在这个结构中产生了
一般来说，这些“激发态”不会持续很久，自由电子和空穴最终会复合
钒酸铋晶体催化剂也是如此
鉴于BiVO4作为一种在可见光激发下可以发生电荷分离的材料的前景，最近人们对其进行了水分解反应的探索
成对带电实体(“载流子”)的快速复合是一个缺点，因为载流子必须单独参与分解水的反应
在最近发表在《化学工程杂志》上的一项研究中，日本东京科学大学光催化国际研究中心的科学家与中国东北师范大学的科学家一起开发了一种新方法来改善十面体(十面体)BiVO4晶体催化剂的电荷分离特性
该研究的首席科学家寺岛教授解释说:“最近的研究表明，在某些晶体的不同面之间的界面上，可以产生和分离载流子
然而，在四氧化二钒的情况下，分离载流子的力对于稍微远离界面产生的电子-空穴对来说太弱了
因此，四氧化二钒十面体中的载流子分离需要进一步改进，这促使我们开展这项研究
" 在他们提出的技术中，将四氧化二铋纳米晶体暴露在所谓的“溶液等离子体放电”中，这是一种高能物质的高电荷射流，通过在浸没在水中的两个终端之间施加高电压而产生
等离子体放电从晶体的特定面的表面移除一些钒原子，留下钒空位
这些空位充当“电子陷阱”，有助于增加载流子的分离
因为这些空位在十面体的八个侧面上数量更多，电子被捕获在这些面上，而空穴在顶面和底面上积累
这种增加的电荷分离导致了BiVO4纳米晶体的更好的催化性能，从而改善了其水分解性能
这项研究代表了溶液等离子体放电提高晶体性能的新用途
该论文的合著者藤岛明夫教授说，“我们的工作启发我们重新考虑其他显然对水分裂无效的晶体
它提供了一个使用溶液等离子体来“激活”它们的有前途的策略
“与使用传统的气体等离子体相比，使用溶液等离子体放电有许多优点，从技术和经济的角度来看，它更具吸引力
中国东北师范大学的张忻瞳教授评论说:“与必须在封闭腔室中产生的气态等离子体不同，溶液等离子体可以在室温和正常空气气氛下在开放式反应器中产生
此外，通过在溶液中处理晶体粉末，改变工艺参数变得更加方便，也更容易放大
" 这项研究有望使我们更接近生产氢气的有效方法，这样我们就可以最终摆脱化石燃料和其他对地球有害的能源
寺岛教授进一步评价了这项研究的前景，他说，“如果能够利用地球上最丰富的两种资源——阳光和水——生产高效的氢能，一个梦想中的清洁社会就可以实现
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