新華社沈陽4月8日電（記者王瑩,、喻菲）150年前,，科幻大師儒勒·凡爾納曾預(yù)言：水將成為未來的終極燃料,。如今,，科學(xué)家們正努力將這個幻想變?yōu)楝F(xiàn)實,。

中國科學(xué)院金屬研究所所長,、研究團隊負(fù)責(zé)人劉崗表示,，中國科研團隊近期在“光催化分解水制氫”領(lǐng)域取得突破性進展：通過對半導(dǎo)體光催化材料二氧化鈦進行“結(jié)構(gòu)整容”和“元素替代”,，顯著提升了通過陽光直接分解水獲取氫氣的效率,。相關(guān)成果于4月8日發(fā)表在《美國化學(xué)學(xué)會雜志》上。

目前太陽能制氫主要有兩種方式：一是通過太陽能電池發(fā)電再電解水,，其效率高但設(shè)備復(fù)雜且昂貴,；二是太陽光直接光解水：通過二氧化鈦等半導(dǎo)體材料在陽光下“一鍵分解”水分子。劉崗團隊主要聚焦第二種技術(shù)路線,。

據(jù)介紹,，用傳統(tǒng)二氧化鈦分解水有嚴(yán)重障礙：當(dāng)光線照射到二氧化鈦時，其內(nèi)部會產(chǎn)生帶電粒子（電子和空穴）,，這些帶電粒子就是分解水的“工具”,。然而，這些被激活的電子和空穴并不穩(wěn)定?！半娮雍涂昭ň拖衩允Х较虻馁愜?，在如同迷宮的材料內(nèi)部橫沖直撞，絕大多數(shù)的電子和空穴在百萬分之一秒內(nèi)就會復(fù)合湮滅,。此外,，高溫制備環(huán)境容易導(dǎo)致氧原子‘離家出走’，形成氧空位并捕獲電子,，這些都大大降低了光催化反應(yīng)的效率,?！眲徴f,。

研究團隊創(chuàng)造性地引入鈦在元素周期表中的鄰居——鈧（Sc）元素對二氧化鈦進行改造。經(jīng)驗證,，鈧元素具備三大優(yōu)勢：一是鈧離子半徑與鈦相近,，能完美嵌入其晶格而不造成結(jié)構(gòu)變形；二是鈧的穩(wěn)定價態(tài)恰好能中和氧空位帶來的電荷失衡,；三是鈧離子能重構(gòu)晶體表面,，產(chǎn)生特定的晶面結(jié)構(gòu)，就像架起“電荷高速公路和立交橋”,，讓電子和空穴順利跑出迷宮,。

通過精密調(diào)控，團隊成功研制出性能顯著提升的二氧化鈦材料,，其紫外線利用率突破30％,，模擬太陽光下產(chǎn)氫效率較同類材料提升15倍，創(chuàng)造了該材料體系的新紀(jì)錄,。劉崗表示：“若用這種材料制作1平方米的光催化板,，在陽光照射下每天能產(chǎn)生約10升的氫氣?！?/span>

科研人員介紹,，二氧化鈦作為一種工業(yè)用途廣泛的無機材料，中國產(chǎn)能占全球50％以上,，已形成完整的產(chǎn)業(yè)鏈,，而稀土鈧的儲量中國也位居世界前列，對于后續(xù)光催化材料的發(fā)展及工業(yè)應(yīng)用具有得天獨厚的產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢,。光催化分解水效率進一步突破后將有望實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)應(yīng)用,，推動能源結(jié)構(gòu)升級。