2022年09月27日 星期二
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水分离背后的反应机制

2022/7/27 15:29:008650

据国外媒体报道:研究人员揭示了光催化剂不同晶面协同配合从水中提取氢的反应机制。

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氢是理想的绿色燃料,它是地球上最常见的元素之一。可见光的单个光子携带足够的能量能将水中的氢分子分离出来。以这种方式分解水需要一种半导体催化剂,其中入射的光子能将电子激发到更高的能态,为相关反应提供必要的电子和空穴。但是,目前已知的材料尚未能够有效地催化这些反应以达到实际需求,并且人们对这些反应的细节也没有很好的了解。现在,一项实验结合理论的研究揭示了半导体钛酸锶(SrTiO3)的催化细节,表明这种材料的不同晶面之间有着意想不到的协同作用。这一结果可能有助于创造更好的催化剂。

SrTiO3可以看作是由二氧化钛(TiO2)和氧化锶(SrO)平面交替堆叠形成的。该团队中的实验人员制作了样品,使与水接触的表面要么只有TiO2,要么只有SrO,或者是由两者堆叠的条纹,在两种类型的表面接触的地方有过渡条纹。他们的技术在水分解部位产生了银白色沉积,并证明分解只发生在这些过渡条纹周围。

然后理论科学家模拟了单个分子的量子力学动力学。他们发现,TiO2区域是操作的“肌肉”,提供了足够高能量的电子和空穴。SrO 区域以电子轨道的形式提供了“大脑”,以引导分裂反应。纽约石溪大学的团队成员Marivi Fernández-Serra将材料的合作比作一个强壮的工人举起一个熟练的工人来换掉一个安装在高处的、难以更换的灯泡。