来自加拿大国家科学研究机构（INRS）的一个研究小组与来自法国能源、环境和健康化学与工艺研究所（ICPEES）（CNRS-斯特拉斯堡大学联合研究实验室）的研究人员携手合作，为生产绿色氢气铺平道路。这个国际团队开发了新的阳光光敏纳米结构电极，可以提高水解离生产氢气的效率。他们的研究成果发表在2020年11月出版的《太阳能材料与太阳能电池》杂志上。

经济合作与发展组织（经合组织）的一些国家正在考虑将氢气作为向低碳化工业和部门过渡的一个关键角色。根据INRS教授My Ali El Khakani的说法，魁北克可以在这个未来的能源领域进行战略定位：得益于高性能纳米材料，其可以提高水解离生产氢气的效率。这种清洁燃料对于重型卡车和公共交通的低碳化越来越重要。例如，使用氢气作为燃料的公交车已经在欧洲一些国家和中国投入使用。

长期以来，通过电解将水分子分裂成氧气和氢气。然而，工业电解器是非常耗能的，需要大量投资。INRS和ICPEES的研究人员受一种自然机制的启发：光合作用。事实上，他们已经开发出了独特结构设计的电极，在太阳光的照射下分裂水分子。这就是所谓的光催化过程。

为了最大限度地利用太阳能，研究小组选择了一种非常丰富且化学稳定的材料：二氧化钛（TiO2）。TiO2是一种以对紫外线光敏感著称的半导体，而紫外线只占太阳能辐照度的5%。研究人员利用他们在该领域的专业知识，首先改变了TiO2的原子组成，并扩大了它对可见光的光敏性。他们能够生产出能够吸收高达50%的太阳辐射光的电极。

随后，研究人员又对电极进行了纳米结构化处理，形成了类似蜂巢结构的TiO2纳米管网络。这种方法使电极的有效表面积增加了10万倍甚至更多。纳米结构可以最大限度地提高材料的表面和体积之比。例如，TiO2纳米结构可以提供每克高达50平方米的表面积。

“纳米装饰”电极研制的最后一步。该过程包括将催化剂纳米颗粒沉积在TiO2纳米管的网络上，以提高其制氢效率。为了实现这一纳米装饰步骤，研究人员使用了激光烧蚀沉积技术，El Khakani教授在过去25年里在这一领域形成了独特的专长。挑战不仅在于控制催化剂纳米颗粒在TiO2纳米管基体上的尺寸、分散度和锚固度，还在于寻找昂贵的铱和铂类催化剂的替代品。

这项研究确定了氧化钴（CoO）作为水分子分裂中有效的助催化剂，该材料在魁北克的地下地区非常容易获得。两种材料的比较显示，与裸露的纳米管相比，CoO纳米颗粒在可见光下可将这些新型纳米装饰电极的光催化效率提高十倍。