一、成果简介

光催化制氢的效率既取决于催化剂对光的吸收，也取决于反应分子在催化剂表面的转化过程。如何让光能更有效地参与化学反应，是提升制氢性能的重要研究方向。

团队开发了一种紫外可见光与特定波长红外光协同制氢的方法。该方法采用铂负载二氧化钛（Pt/TiO₂）作为催化剂，在甲醇与水的混合体系中，同时施加滤除红外光的氙灯光照与波长为1.8、3.4或4.3 μm的红外光，在20—30 ℃条件下促进氢气生成。

本成果以红外光与分子振动的匹配为设计思路，将半导体受光激发产生光生电荷与红外光辅助调控反应分子转化相结合。其中，滤除红外光的氙灯主要提供紫外/可见光以激发Pt/TiO₂产生光生电荷；特定波长红外光则对应水、甲醇和二氧化碳的相关振动吸收，为反应物活化、化学键断裂及产物脱附提供光学调控途径。该方案并非依靠红外光单独激发催化剂，而是通过双光源协同提升制氢反应性能。

图1.光催化制氢反应示意图

实验结果表明，特定波长的红外光能够明显提高产氢速率。采用1% Pt/TiO₂催化剂、光照4小时，在水与甲醇体积比为4∶1的体系中，加入3.4 μm红外光后，产氢速率由23.75 μmol·g⁻¹·h⁻¹提高至90.25 μmol·g⁻¹·h⁻¹，为单独氙灯光照对照组的3.80倍；在水与甲醇体积比为1∶4的体系中，产氢速率由85.75 μmol·g⁻¹·h⁻¹提高至158.00 μmol·g⁻¹·h⁻¹，为对照组的1.84倍。不同波长的红外光表现出不同的促进效果，为根据反应体系组成选择红外光源提供了实验依据。

图2.不同甲醇/水比例下的氢气生成速率图

二、应用领域

本成果属于光催化制氢技术领域，面向甲醇水溶液光催化制氢、甲醇光重整，以及多波段协同光催化反应系统的研发。相关技术思路可为光催化研究平台、专用光源及反应器的联合开发提供参考。

三、市场前景

面向太阳能制氢与甲醇制氢研究，如何使光源输入与催化反应步骤相匹配，具有持续的研发价值。本成果在不改变原有光催化体系主体结构的基础上，通过引入特定波长红外光，形成一种可调节的辅助光照方式，有望支持制氢性能优化及多波段反应装置开发。

目前，该技术已完成实验室体系验证。近期合作可围绕红外波长与反应体系匹配、光源和反应器集成、连续运行性能评价等方向展开，适合与氢能技术研发单位、光源及光化学设备企业合作，进一步开展能量利用效率与制氢成本评估，推进后续应用开发。

图3.光催化制氢反应机理图

四、知识产权

1. 成果由北京理工大学单独持有；

2. 本成果已授权专利。

五、合作方式

技术许可、技术转让、合作开发、技术服务咨询等。

六、对接方式

（1）合作意向方联系北理工技术转移中心；

（2）北理工技术转移中心沟通了解意向方情况；

（3）会同成果完成团队与意向方共同研讨合作方案。

北京理工大学技术转移中心

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