黑纳米粒子可为光催化制氢反应提速

根据物理学家组织网络最近的一份报告，美国科学家开发了一种原子级的“混沌工程”技术，可以在光催化反应中将低效的“白色”二氧化钛纳米粒子转化为高效的“黑色”纳米粒子。科学家表示，最新技术有望成为氢清洁能源技术的关键。

由加州大学伯克利分校和劳伦斯国家实验室环境能源技术中心的科学家毛(Samuel Mao)领导的研究小组开发的这项技术，通过工程方法将“混沌工程”引入到半导体二氧化钛纳米晶体的结构中，将白色晶体变成黑色，新晶体不仅能吸收红外线，还能吸收可见光和紫外线。塞缪尔·毛在新奥尔良召开的美国化学学会年会上指出:“我们已经证明，黑色二氧化钛纳米粒子可以通过阳光驱动的光催化反应产生氢气，其效率达到了新的高度。”

毛解释说:“在实验中，我们将白色二氧化钛纳米粒子暴露在高压氢气中，破坏了二氧化钛纳米粒子的结构。合成的黑色二氧化钛纳米粒子已经成为一种耐用高效的光催化剂，具有新的潜力。”

氢气可以广泛用于清洁电池或燃料，不会加速全球变暖。然而，使用氢气的最大挑战是如何高效低成本地大规模生产氢气。虽然氢是宇宙中最丰富的元素，但纯氢在地球上很少见，因为氢会与任何其他类型的原子结合。阳光将水分子分解成氢和氧是产生纯氢的理想方法，但这一过程需要一种不受水腐蚀的高效光催化剂。二氧化钛能抵抗水的腐蚀，但不能吸收紫外线，紫外线占阳光能量的10%。

毛的最新研究改变了这种状况。这项最新技术不仅为制氢过程提供了一种有希望的新型光催化剂，而且消除了一些根深蒂固的科学概念。毛说:“我们的测试表明，一个好的半导体光催化剂不一定是一个缺陷很少的单晶，它的能量状态只在导带以下。”

此外，伯克利实验室高级光源中心进行的特性研究的测量结果显示，在100小时的太阳能制氢过程中，40毫克的氢气来自光催化反应，只有0.05毫克的氢气被黑色二氧化钛吸收。

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