中国科学院金属研究所团队通过在二氧化钛中引入稀土元素钪，成功研发出一种具有定向光生电荷传输通道的催化材料，显著提升了光催化水分解制氢效率。该研究通过“元素替代”和“结构整容”策略，解决了传统二氧化钛材料中电子空穴易复合及缺陷影响制氢效率的问题。新材料的光生电荷分离效率提升了200余倍，量子利用率突破30%，产氢效率比原来高出15倍，为太阳能制氢的产业化应用提供了新的可能性。

💡光催化水分解制氢是利用太阳能将水转化为氢气的过程，对减少化石能源依赖、缓解环境污染具有重要意义。

🔬研究团队选择稀土元素钪（Sc）掺杂二氧化钛（TiO2），因为钪的离子半径与钛相近，能够中和氧空位带来的电荷失衡，并重构晶体原子排布。

⚡通过引入5%的钪原子，科研人员成功制备出特定晶面组成的金红石相二氧化钛，形成了“电荷高速公路”和强电场，从而提升了光生电荷分离效率。

📈测试结果表明，改造后的半导体光催化材料性能显著提升，光生电荷分离效率提升200余倍，量子利用率突破30%，产氢效率比原来高出15倍。

快科技4月8日消息，光催化水分解制氢，作为太阳能转化为化学能的关键，对减少化石能源依赖、缓解环境污染至关重要。

近日，中国科学院金属研究所宣布，该所团队在二氧化钛中引入稀土元素钪，设计出具有定向光生电荷传输通道的催化材料，大幅提升了制氢效率。

太阳能制氢主要有发电后电解水和太阳光直接光解水两种方式。二氧化钛虽被称为“光催化材料”，但被激活的电子和空穴易复合，且高温制备易形成原子级缺陷，降低制氢效率。

科研团队通过“元素替代”和“结构整容”解决问题。他们选择稀土元素钪，因其离子半径与钛相近、价态能中和氧空位带来的电荷失衡、还能重构晶体原子排布。引入5%钪原子后，成功制备出特定晶面组成的金红石相二氧化钛，形成“电荷高速公路”和强电场，提升了光生电荷分离效率。

测试结果显示，改造后的半导体光催化材料性能显著提升，光生电荷分离效率提升200余倍，量子利用率突破30%，产氢效率比原来高出15倍。

未来光催化分解水效率进一步突破后，有望实现产业应用，助力能源结构转型升级。

Sc掺杂对于金红石TiO2的缺陷抑制作用