新納米催化劑能在可見光條件下快速分解水

文/劉 霞

據(jù)美國每日科學(xué)網(wǎng)站2013年12月16日（北京時(shí)間）報(bào)道，中美科學(xué)家攜手，以氧化鈷納米粒子為催化劑，首次采用可見光，快速地將水分解成了氫氣和氧氣，簡單快捷且能源轉(zhuǎn)化效率較高。相關(guān)研究發(fā)表在《自然·納米技術(shù)》雜志網(wǎng)絡(luò)版上。

該研究領(lǐng)導(dǎo)者、美國休斯敦大學(xué)電子和計(jì)算機(jī)工程學(xué)院副教授包季明（音譯）表示，盡管還需要更進(jìn)一步的研究，但新研究發(fā)現(xiàn)了氧化鈷這種新的光催化劑，并證明納米技術(shù)在改變物質(zhì)屬性方面的潛力。來自薩姆休斯頓州立大學(xué)、中國科學(xué)院、四川大學(xué)、德克薩斯州立大學(xué)的科學(xué)家們也參與了這項(xiàng)研究。

包季明說，從20世紀(jì)70年代開始，科學(xué)家們就在使用各種各樣的光催化劑進(jìn)行水分離實(shí)驗(yàn)。新實(shí)驗(yàn)是科學(xué)家們首次使用氧化鈷，并首次在可見光下將中性水分解，能源轉(zhuǎn)化效率也很高，而且不需要其他催化劑。

他們使用飛秒激光燒蝕法和機(jī)械球磨法這兩種方式來準(zhǔn)備納米粒子，兩種方式得到的納米粒子在實(shí)驗(yàn)中的表現(xiàn)一樣好。他們也使用了各種不同的光源——從激光到模擬太陽光來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并認(rèn)為使用自然太陽光，實(shí)驗(yàn)結(jié)果也會(huì)一樣好。

包季明說，一旦將納米粒子添加到反應(yīng)中并使用光線照射，水幾乎立刻就會(huì)分解成氫氣和氧氣，得到的氫氣的體積為氧氣的2倍，與水（H2O）中氫氧的組成比一樣。

這項(xiàng)有望為人們提供可再生燃料的研究仍然需要進(jìn)一步改進(jìn)。包季明指出，最新實(shí)驗(yàn)中，太陽光—?dú)涞霓D(zhuǎn)化效率約為5%，而轉(zhuǎn)化效率達(dá)到10%左右才適合進(jìn)行商業(yè)化生產(chǎn)。

而且，還有其他問題需要解決，包括降低成本并延長氧化鈷納米粒子的壽命等?？茖W(xué)家們發(fā)現(xiàn)，在大約經(jīng)過一小時(shí)反應(yīng)后，氧化鈷基本上就失去了活性。他們將繼續(xù)解答一些關(guān)鍵問題，進(jìn)一步厘清氧化鈷的化學(xué)和電學(xué)屬性。