俄勒岡州立大學的研究人員創造了一種材料，它具有將陽光和水轉化為清潔能源的非凡能力。由OSU 理學院的Kyriakos Stylianou 領導的一項合作創造了一種光催化劑，這種催化劑能夠高速、高效地生產氫氣，氫氣可用於汽車燃料電池以及包括氨在內的多種化學品的生產、金屬提煉和塑膠製造。

Stylianou的研究重點是被稱為金屬有機框架（通常簡稱為MOF）的多孔結晶材料。 MOFs 由帶正電荷的金屬離子組成，周圍環繞著有機”連接”分子，具有奈米級的孔隙和可調整的結構特性。它們可以設計成多種決定MOF 性能的成分。

透過光催化進行水分離。資料來源：Kyriakos Stylianou

在這項研究中，研究人員利用MOF 衍生出一種金屬氧化物異質結–兩種具有互補特性的材料的組合–製造出一種催化劑，當暴露在陽光下時，這種催化劑能快速且有效率地將水分離成氫。他們將這種異質結稱為RTTA，其特徵是由MOF 衍生的氧化釕和摻雜了硫和氮的氧化鈦。他們測試了多種含有不同數量氧化物的RTTA，結果發現它們明顯勝出。

Stylianou說：”在各種RTTA材料中，氧化釕含量最低的RTTA-1顯示出最快的氫氣生產速度和較高的量子產率。”

他指出，僅在一小時內，一克RTTA-1 就能產生超過10700 微摩爾的氫。這個過程利用光子–光粒子–的比率高達10%，令人印象深刻，這意味著每100 個光子擊中RTTA-1，就有10 個光子促進了氫的產生。

“RTTA-1之所以具有顯著的活性，是因為金屬氧化物的特性和母體MOF的表面特性產生了協同效應，從而增強了電子傳遞，”Stylianou說。 “這項研究凸顯了MOF 衍生金屬氧化物異質接面作為光催化劑用於實際製氫的潛力，有助於開發可持續的高效能能源解決方案。”

與傳統的透過產生二氧化碳的甲烷-蒸氣重整製程從天然氣中獲取氫氣的方法相比，透過催化製程分裂水產生氫氣的方法更為清潔。

目前從水中製氫的催化製程涉及電催化–透過催化劑通電。電催化的可持續性取決於再生能源的使用，而要在市場上具有競爭力，能源必須是廉價的。

目前，甲烷-蒸汽重整生產氫氣的成本約為每公斤1.5 美元，而綠色氫氣的成本約為每公斤5 美元。

“水是一種豐富的氫源，光催化技術提供了一種利用地球豐富太陽能製氫的方法，”Stylianou 說。 「氧化釕並不便宜，但我們的光催化劑用量極少。對於工業應用來說，如果催化劑顯示出良好的穩定性和可重複性，那麼這種少量氧化釕的成本就變得不那麼重要了。

編譯自/ ScitechDaily