日本信州大學超材料研究計劃教授、東京大學教授堂免一（yī）成 （Kazunari Domen）在（zài）世界（jiè）頂級學術期刊《自然》上公布最（zuì）新研（yán）究稱，經過一係列降低副反應的設計，摻雜鋁的鈦酸鍶（SrTiO3）在紫外線下催化光解水的量子（zǐ）效率已經達到（dào）了96%以上。

值得一提的是，早在1980年，堂免一成 （Kazunari Domen）發表了第一篇用鈦酸鍶來催化光分解水、產生（shēng）氫氣的論文。這表（biǎo）明（míng）了在這一領域取得研究（jiū）成功所花費時間竟接近40年。

論文中指出，太（tài）陽光中強度最高的部分是可（kě）見光，並非紫外線（xiàn）。鈦酸鍶因此很（hěn）難真正進入大規模應用。不過，作為一種模型，堂（táng）免一成團隊的結果令人鼓舞，提出的改進效率設計也可能適用於可見光光催化（huà）劑（jì）。

研究表（biǎo）明，如果太陽光催化分解水的效率達到10%，就能具備經濟上的競爭力。但是（shì），光催化半導（dǎo）體的轉換效率通常遠低於10％。這是因為光催化過程非常複雜，並且要求半導體顆粒具有（yǒu）多種特性的組合。

此前最（zuì）常見的方法是用太陽能電（diàn）板發電，再用電分解水。

去（qù）年，青年汽車（chē）“水氫（qīng）發動機”的新聞在輿論場鬧得沸沸揚揚，大家紛（fēn）紛質疑“水變油”的現實可行性，而這個加水就（jiù）能跑的汽車，其實還加了（le）還加（jiā）了鋁合金（jīn）。

值得一提的（de）是，這次日本科學家也用到了鋁，但（dàn）鋁是作為催化劑的一種成分，而（ér）非反應（yīng）物，可以反複使用。

為了（le）衡量催（cuī）化劑光解效率，科學家們定（dìng）義了2個物理量（liàng）：內部量子效率（IQE）和外部量子效率（EQE）。而日本科（kē）學家做到（dào）了EQE≈96%，證明（míng）了（le）IQE接近100%，被水吸（xī）收的光（guāng）子幾乎（hū）沒有浪費，全（quán）部被用來分解水分子了。

是什麽神奇的材料又是如何做到如此高的效率呢？

研究人員選擇的初始材料，是鈦酸（suān）鍶（SrTiO3）。

這是一種特性良好的光催化劑，通（tōng）過吸收紫外線（xiàn）來產（chǎn）生電子-空穴對。

該日本團隊使（shǐ）用的鈦酸鍶早在1977年就被報道過，是（shì）人們發現的最早一（yī）批光解水材料。這次，他們使用（yòng）了（le）多種方法來解決電荷複合問題：一是提（tí）高光（guāng）催化劑顆粒的結晶度，從而減少晶格缺（quē）陷；二是（shì）在晶格中摻雜少量鋁原（yuán）子，從而減少晶格（gé）中的化（huà）學缺（quē）陷（xiàn）。這些缺陷都可能成為電子和空穴複合的地方。

研（yán）究（jiū）團（tuán）隊選擇性（xìng）地在（zài）不（bú）同的小平麵上沉積合適的助催化劑，以促進（jìn）電子收集（jí）表麵（miàn）上氫氣的產生，收（shōu）集空穴的麵產生氧。

最後，研究團隊還將用（yòng）於製氧反應的銠催化劑包裹在鉻化合物（wù）中進行保護，從（cóng）而避免不必要的氧還原反應。

據論（lùn）文報（bào）道，經測定，在350nm、360nm、365nm紫外波段處，鋁（lǚ）摻雜鈦酸鍶的外部量子效率分別達到了95.7%、95.5%和91.6%。

這是目前光解水催化（huà）劑達（dá）到的最高（gāo）效率。

在370nm和380nm處，外部（bù）量子效率值分別下降至59.7%和33.6%，這是（shì）光吸收率下降的結果，也可能（néng）因為在這些（xiē）波段，內部量子效率較低。

而這也就意味（wèi）著，在350-360nm這個波段，該光催化劑的內部量子效率已經（jīng）接近100%——理論上最強的光催化劑，內部（bù）量子效率即（jí）為100%。

但是，因（yīn）為350-360nm波長範圍內的光屬於紫外線，並不是太陽光中高強度的部分。

因此，指望鈦（tài）酸鍶來實現大規模（mó）的水製（zhì）氫（qīng）並不現實。這項研究的主（zhǔ）要意義在於令我們理解哪些因素會降低催化效率，並探索一些減少催化損耗的機（jī）製