超薄黑鱗可以用於太陽能驅動的氫能經濟

氫氣作為燃料來源，不像石油和煤炭等碳氫化合物，它提供了許多好處。燃燒的氫氣產生無害的水，這有可能消除二氧化碳排放和環境負擔。為了追求能夠實現氫能經濟的突破的技術，一個關鍵問題就是低價制氫。使用催化劑分解水是產生氫氣的理想方法，但是這樣做通常需要來自其他化學品、電力或具有足夠高能量的陽光一部分的能量輸入。

現在大阪大學的研究人員們已經開發出了一種新的催化系統，該系統可以有效地將水分解，並利用常態的太陽光產生氫氣。他們的研究最近發表在Angewandte Chemie 國際版上（「Z-Scheme Photocatalytic Overall Pure-Water Splitting on 2D Heterostructure of Black Phosphorus/BiVO4 under Visible Light」）。

圖1. 在可見光照射下使用BP / BiVO4的Z方案光催化水分解示意圖圖片來源: （日本）大阪大學

「使用可見光進行光催化是不可能的，但把將水還原成氫氣所使用的納米結構黑鱗和將水氧化成氧氣的釩酸鉍結合起來的方法可以讓我們充分利用大範圍的太陽光譜，來以前所未有的效率製備氫氣和氧氣 「，主要作者Mingshan Zhu說。

黑磷具有類似於石墨烯的平面二維結構，並強烈吸收整個可見光譜中的光。研究人員們將黑磷與釩酸鉍（一種有名的水氧化催化劑）結合起來。

就像植物在自然光合作用中不同結構之間穿梭電子以分解水併產生氧氣一樣，這種新型催化劑的兩種組分能夠快速地轉移太陽光激發的電子。在催化劑中兩種組分的量也被優化，導致以理想的2:1比例產生氫氣和氧氣。

圖2. 在可見光照射下使用BP / BiVO4的2D異質結構而不使用任何犧牲劑的光催化純水分解。圖片來源（日本）大阪大學

共同作者Tetsuro Majima說到：「實現由太陽光碟機動的氫能生產是以氫能為導向的社會的基礎。我們的貢獻克服了一個重大的障礙，但是在將來將氫氣變成實際的燃料來源還有許多工作要做。」

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