这种三层阳光催化剂可将绿色氢制备效率快速提升800%

欧盟将自2035年起禁止生产新型汽油和柴油车。电动机有望在车辆中日益普及——但它们并非适用于所有运输类型。

"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。对于这些运输工具，我们需要寻找清洁的可再生能源，而氢气是一个理想的候选者，"林雪平大学副教授孙建武表示。他领导了这项发表在《美国化学会志》上的研究。

林雪平大学研究人员正致力于开发能利用太阳光能量从水（H₂O）中制取氢（H₂）的材料。

研究团队此前已证明，一种名为立方碳化硅（3C-SiC）的材料在促进水分解为氢和氧的反应中具有优越性能。该材料能有效捕获太阳光，使其中的能量可通过光化学水分解反应用于制氢。

在当前研究中，研究人员进一步开发出一种新型复合材料。该材料由三层构成：立方碳化硅层、氧化钴层以及协助水分解的催化剂层。

"这是种极其复杂的结构，因此我们本次研究的重点在于理解每层功能及其如何提升材料性能。在将水分解为氢的效率方面，新材料比纯立方碳化硅高出八倍，"孙建武解释道。

当阳光照射材料时会产生电荷，这些电荷随即用于分解水。材料开发中的关键挑战在于防止正负电荷重组中和。研究表明，通过将立方碳化硅层与其他两层结合，这种名为Ni(OH)₂/Co₃O₄/3C-SiC的材料能更高效分离电荷，从而提升水分解效率。

当前氢气有"灰色"与"绿色"之分。市场上几乎所有的氢气都是利用化石燃料天然气（或称化石气）生产的"灰色"氢气。每生产一吨"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。而"绿色"氢气采用可再生能源电力作为能量源生产。

林雪平大学研究团队的长期目标是仅利用太阳能驱动光化学反应生产"绿色"氢气。目前多数开发中的材料效率在1%至3%之间，但该绿色氢能技术商业化的目标效率需达10%。相比当前依赖补充可再生能源电力的技术，完全利用太阳能驱动反应将降低"绿色"氢气生产成本。孙建武预计研究团队可能需要五到十年才能开发出达到理想10%效率极限的材料。

本研究获得了瑞典国际高等教育与研究合作基金会（STINT）、Olle Engkvists基金会、ÅForsk基金会、Carl Tryggers基金会以及瑞典政府在林雪平大学设立的先进功能材料战略研究领域（AFM）等机构的资助。