超薄黑鳞可以用于太阳能驱动的氢能经济

氢气作为燃料来源，不像石油和煤炭等碳氢化合物，它提供了许多好处。燃烧的氢气产生无害的水，这有可能消除二氧化碳排放和环境负担。为了追求能够实现氢能经济的突破的技术，一个关键问题就是低价制氢。使用催化剂分解水是产生氢气的理想方法，但是这样做通常需要来自其他化学品、电力或具有足够高能量的阳光一部分的能量输入。

现在大阪大学的研究人员们已经开发出了一种新的催化系统，该系统可以有效地将水分解，并利用常态的太阳光产生氢气。他们的研究最近发表在Angewandte Chemie 国际版上（“Z-Scheme Photocatalytic Overall Pure-Water Splitting on 2D Heterostructure of Black Phosphorus/BiVO4 under Visible Light”）。

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图1. 在可见光照射下使用BP / BiVO4的Z方案光催化水分解示意图图片来源: （日本）大阪大学

“使用可见光进行光催化是不可能的，但把将水还原成氢气所使用的纳米结构黑鳞和将水氧化成氧气的钒酸铋结合起来的方法可以让我们充分利用大范围的太阳光谱，来以前所未有的效率制备氢气和氧气 “，主要作者Mingshan Zhu说。

黑磷具有类似于石墨烯的平面二维结构，并强烈吸收整个可见光谱中的光。研究人员们将黑磷与钒酸铋（一种有名的水氧化催化剂）结合起来。

就像植物在自然光合作用中不同结构之间穿梭电子以分解水并产生氧气一样，这种新型催化剂的两种组分能够快速地转移太阳光激发的电子。在催化剂中两种组分的量也被优化，导致以理想的2:1比例产生氢气和氧气。

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图2. 在可见光照射下使用BP / BiVO4的2D异质结构而不使用任何牺牲剂的光催化纯水分解。图片来源（日本）大阪大学

共同作者Tetsuro Majima说到：“实现由太阳光驱动的氢能生产是以氢能为导向的社会的基础。我们的贡献克服了一个重大的障碍，但是在将来将氢气变成实际的燃料来源还有许多工作要做。”

原文链接：https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news/newsid=49134.php （实验帮译）

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