新纳米催化剂能在可见光条件下快速分解水

据美国每日科学网站2013年12月16日 (北京时间) 报道, 中美科学家携手, 以氧化钴纳米粒子为催化剂, 首次采用可见光, 快速地将水分解成了氢气和氧气, 简单快捷且能源转化效率较高。相关研究发表在《自然·纳米技术》杂志网络版上。

该研究领导者、美国休斯敦大学电子和计算机工程学院副教授包季明 (音译) 表示, 尽管还需要更进一步的研究, 但新研究发现了氧化钴这种新的光催化剂, 并证明纳米技术在改变物质属性方面的潜力。来自萨姆休斯顿州立大学、中国科学院、四川大学、德克萨斯州立大学的科学家们也参与了这项研究。

包季明说, 从20世纪70年代开始, 科学家们就在使用各种各样的光催化剂进行水分离实验。新实验是科学家们首次使用氧化钴, 并首次在可见光下将中性水分解, 能源转化效率也很高, 而且不需要其他催化剂。

他们使用飞秒激光烧蚀法和机械球磨法这两种方式来准备纳米粒子, 两种方式得到的纳米粒子在实验中的表现一样好。他们也使用了各种不同的光源——从激光到模拟太阳光来进行实验, 并认为使用自然太阳光, 实验结果也会一样好。

包季明说, 一旦将纳米粒子添加到反应中并使用光线照射, 水几乎立刻就会分解成氢气和氧气, 得到的氢气的体积为氧气的2倍, 与水 (H2O) 中氢氧的组成比一样。

这项有望为人们提供可再生燃料的研究仍然需要进一步改进。包季明指出, 最新实验中, 太阳光—氢的转化效率约为5%, 而转化效率达到10%左右才适合进行商业化生产。

而且, 还有其他问题需要解决, 包括降低成本并延长氧化钴纳米粒子的寿命等。科学家们发现, 在大约经过一小时反应后, 氧化钴基本上就失去了活性。他们将继续解答一些关键问题, 进一步厘清氧化钴的化学和电学属性。