提高在可见光下从水中制氢的粉末状光催化剂的转化效率

2019年，信州大学特别合同教授DomenKazunari及其同事开发了粉末状硫氧化物光催化剂Y2Ti2O5S2，它吸收波长低于650nm的阳光并将水分解为氢和氧。

这种光触媒在20小时内连续将水以2:1的体积比分解为氢气和氧气，理论上有望实现10%以上的转化效率。然而，目前的转换效率不足1%，需要进一步改进光催化剂，但指导方针并不明确。

与研究伙伴合作，AIST研究人员现在已经阐明了氧硫化物光催化剂Y2Ti2O5S2所需的条件，该催化剂在可见光下将水分解为氢气和氧气，以实现从太阳能到反应能的转换效率(以下，“转换效率”)超过10%以供实际使用。

本研究利用瞬态吸收光谱，记录了Y2Ti2O5S2的光激发载流子浓度在1皮秒到1微秒的六个数量级范围内随时间的变化，以及物理性质如通过分析记录的数据获得粉末形式的光激发载流子的寿命(以下称为“载流子寿命”)。

然后，使用物理性质进行模拟以获得转换效率和粉末粒径之间的关系。发现通过将颗粒尺寸减小到1微米以下，转化效率可以超过10%。此外，假设掺杂效应延长载流子寿命的模拟分析表明，通过将电子浓度降低到当前水平的1/100，转换效率大于10%。

该研究结果为进一步提高氧硫化物光催化剂的转化效率和开发更有效地从水中产生氢气的新材料提供了定量指导。