三层结构日光催化剂将绿氢制备效率提升800%

自2035年起，欧盟将禁止生产新的汽油和柴油汽车。电动机有望在车辆中变得越来越普遍，但它们并非适用于所有类型的交通工具。

"乘用车可以配备电池，但重型卡车、船舶或飞机无法使用电池储存能量。对于这些交通工具，我们需要寻找清洁且可再生的能源，而氢气是一个很好的候选者，"林雪平大学副教授孙建武（音译）表示，他领导了这项发表在《美国化学学会杂志》上的研究。

林雪平大学的研究人员正在开发可用于利用阳光能量从水（H₂O）中生产氢气（H₂）的材料。

该研究团队先前已证明，一种名为立方碳化硅（3C-SiC）的材料具有促进水分解为氢气和氧气的反应的有利特性。该材料能有效捕获阳光，使其中的能量可通过光化学水分解反应用于制氢。

在当前的研究中，研究人员进一步开发了一种新型复合材料。这种新材料由三层组成：一层立方碳化硅、一层氧化钴，以及一层有助于分解水的催化剂材料。

"这是一个非常复杂的结构，因此我们本研究的重点是理解每一层的功能及其如何帮助改善材料的性能。在将水分解为氢气方面，这种新材料的性能是纯立方碳化硅的八倍，"孙建武表示。

当阳光照射到该材料时，会产生电荷，这些电荷随后用于分解水。开发此类应用材料的一个挑战是防止正负电荷重新合并并相互中和。在他们的研究中，研究人员表明，通过将一层立方碳化硅与其他两层（即Ni(OH)₂/Co₃O₄/3C-SiC）结合，该材料能够更有效地分离电荷，从而使水的分解更高效。

目前，"灰色"氢气和"绿色"氢气之间存在区别。市场上几乎所有的氢气都是"灰色"氢气，由称为天然气或化石气的化石燃料生产。生产一吨"灰色"氢气会导致高达十吨的二氧化碳排放，加剧温室效应和气候变化。"绿色"氢气则使用可再生电力作为能源生产。

林雪平大学研究人员的长期目标是能够仅利用太阳能驱动光化学反应来生产"绿色"氢气。目前正在开发的大多数材料的效率在1%至3%之间，但为了实现这种绿色氢气技术的商业化，目标效率是10%。与使用当前技术（需补充可再生电力）生产相比，能够完全利用太阳能驱动反应将降低"绿色"氢气的生产成本。孙建武推测，研究团队可能需要大约五到十年的时间来开发达到梦寐以求的10%效率目标的材料。

本研究获得了包括瑞典国际高等教育合作基金会（STINT）、奥勒·恩克维斯特基金会、ÅForsk基金会、卡尔·特吕格基金会，以及通过林雪平大学先进功能材料（AFM）瑞典政府战略研究区在内的多方资助支持。