这种晶体利用阳光，将水转化为清洁氢气

来源：俄勒冈州立大学，2026年10月10日

研究人员研发出一种多孔晶体，可借助光照驱动水分解制氢，无需额外添加昂贵金属催化剂。这种能够利用光照从水中制取氢气的晶体，有望开辟一条制备更清洁、更廉价燃料的新路径。

氢气可以为燃料电池汽车提供动力。然而，通过天然气制备氢气，在氢气送入储氢罐之前就会排放二氧化碳。水是另一种制氢原料，但将水中的氢原子与氧原子分离需要消耗能量；若采用清洁能源提供这份能量，会大幅抬高燃料成本。

俄勒冈州立大学化学家基里亚科斯·斯蒂利亚努（Kyriakos Stylianou）及其合作者开发出一类新材料，能够利用光照快速、高效地从水中制备氢气。相关成果发表于《美国化学会志》，研究核心为一种名为BVR‑19的多孔晶体材料。该材料对光的响应特性，为设计更优的“太阳能制燃料”体系提供思路。

绿氢巨大的价格差距

借助电催化剂、通入电能，可通过电催化过程从水中提取氢气。催化剂可以加速化学反应，自身不会发生永久性化学变化，但该路线的可持续性取决于是否使用可再生电力。想要在成本上和天然气制氢竞争，还要求电力价格足够低廉。

斯蒂利亚努指出两者存在巨大价差：传统天然气制氢（甲烷蒸汽重整工艺）成本约1.5美元/千克；而绿氢的成本约5美元/千克。缩小二者的成本差距，意义远不止车用燃料领域，因为氢气还用于合成氨、金属冶炼与塑料制造行业。

金属的选择决定制氢性能

BVR‑19内部，有机分子将带正电金属离子连接形成具有纳米孔道的晶体结构。这类晶体材料称为金属有机框架（MOF）。化学家可以选用不同金属与有机构筑单元，灵活调控材料性能。在数百万种潜在结构中，已有近10万种MOF被合成，另有50万种MOF的性质已完成理论预测。

> 配图说明：光催化水分解制氢示意图

> 俄勒冈州立大学研究团队研发一类新型材料，利用光照分解水产氢，为太阳能转化为清洁能源开辟新途径。由该校理学院基里亚科斯·斯蒂利亚努牵头的合作团队开发了这款光催化剂，可实现高速、高效制氢。氢气既可用于汽车燃料电池，也大量用于合成氨、金属精炼、塑料等化工生产。图片来源：俄勒冈州立大学

“在基本保持材料其余组分不变，仅更换金属的前提下，我们找到了部分MOF样品性能远优于其他样品的内在原因。”斯蒂利亚努说，“该发现为研发更高性能太阳能燃料材料，建立了新的设计准则。”

硫元素实现光能转化

当光线照射BVR‑19时，两个硫原子之间的化学键会暂时断裂，生成活性硫物种。这一效应正是该材料作为光催化剂的核心：材料吸收光子、跃迁至高能态，并利用这份能量驱动化学反应。

“发挥核心作用的是有机组分。”斯蒂利亚努解释，“我们的材料并不主要依靠金属原子，而是依靠含硫有机构筑单元捕获光能，并将电子输送至生成氢气所需的反应位点。这代表了一种全新的材料设计思路。”

BVR‑19进行光催化反应时，无需额外添加昂贵金属催化剂。斯蒂利亚努认为，这会简化未来光驱动制氢系统的设计。该材料还有另一项优势：可在室温水溶液中自发结晶合成，大幅降低材料制备阶段的能耗。

想要用这种技术产出的氢气为燃料电池汽车加氢，还需要把材料层面的优势转化为经济可行的规模化生产体系。斯蒂利亚努是俄勒冈州立大学材料发现实验室（MaD Lab）负责人，他认为本研究为此目标提供指导。

“我们的研究为设计更优质材料提供了蓝图，有望降低绿氢的制备成本。”

Reference: “Intraligand Charge Transfer in Metal-Organic Frameworks Facilitates Radical Anion-Mediated Hydrogen Evolution” by Emmanuel Nyela Musa, Galen Fritz, Dylan Pyle, Logan S. Lancaster, Taylor D. Krueger, Min Soo Jung, Jacob M. Lessard, Andrzej Gladysiak, Ankit K. Yadav, Silas Musa Blessed, Prayash Mohanty, Jacob S. Hirsch, Hongliang Huang, William F. Stickle, Xiulei Ji, Chong Fang, Tim J. Zuehlsdorff and Kyriakos C. Stylianou, September 14, 2026, Journal of the American Chemical Society.

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