将阳光转化为氢气似乎是解决世界能源挑战的理想方案，这个过程不直接涉及化石燃料，也不会产生任何温室气体排放。

由此产生的氢气可以用来为车辆、船舶和火车的燃料电池系统提供动力;它可以用来给电网供电。它可以用来制造化学品和钢铁。不过，就目前而言，清洁能源的愿景主要停留在实验室里。

最近，日本的研究人员表示，他们在利用太阳能生产大量氢气方面迈出了重要一步。长野信州大学的研究小组研究了一种吸光材料，用来分解水中的氢和氧分子。现在他们开发了一种两步制氢的方法，这种方法在光催化反应中产生氢气的效率更高。

研究人员从氮氧化钽钡(BaTaO2N)开始，这是一种半导体材料，可以吸收650纳米(红色和橙色的可见波长)的光。这种粉末状物质充当光催化剂，利用太阳能驱动反应。他们还使用了甲醇水溶液替代水，这使得他们只关注氢成分，减少了反应的复杂性。

Batao2n本身就很难从溶液中“析出”氢气。因此，使用他们的新方法，研究团队用铂基助催化剂“装载”粉末颗粒，以增加化学活性。

因此，根据他们发表在《自然通讯》杂志上的论文，这种材料释放氢气的效率是用传统方法装载铂的BaTaO2N的100倍。

Takashi Hisatomi表示，这一结果是研究领域的一个“显著发现”。Hisatomi是日本长野信州的超材料研究项目的教授，近十年来一直在研究BaTaO2N。“这对我个人来说非常令人兴奋，”他说。“这是一百倍的进步。”

太阳能专家称，更容易或更有效地制造氢气的努力是“圣杯之旅”。当用于燃料电池驱动的汽车或建筑时，这种无味的气体不会产生排放或空气污染，只产生少量热量和水。

然而今天，几乎所有的氢都是通过使用天然气的工业生产过程产生的，这最终会向大气中排放更多的气体，一些设施可以使用可再生电力来分解水分子，制造“绿色”氢，但这个过程本身是能源密集型的。如果科学家可以直接从太阳能中提取氢气，他们就可以跳过这一昂贵的步骤。

比利时的一个团队正在开发太阳能电池板，这种电池板可以从空气中收集水分，然后使用化学和生物成分在表面直接分解。研究人员设想将这些电池板放置在房屋顶部，让人们用现场制造的氢气来供暖。另外，以色列和意大利的科学家正在推进从太阳能到化学能转换中提取尽可能多氢气的方法。这个国际组织已经开发出了顶端有铂球的棒状纳米颗粒，可以防止氢和氧在分子分离后重新结合。

在信州，科学研究工作人员企图借助沉积铂基共催化剂来提升 Batao2N光催化剂的效率。但是Hisatomi说，传统的方法一开始并不有效。

例如，在浸渍还原过程中，表面充满了含有金属前体的溶液，然后经受高温，这将蒸发溶剂，留下金属催化剂。当Shinshu团队将铂粒子应用到Batao2N颗粒上时，它们倾向于聚集在一起，限制了材料之间的电子相互作用。另一种方法称为光沉积，它导致Batao2N和共催化剂之间的弱接触，从而削弱相互作用。

因此，研究人员结合了这两种方法。首先，他们使用浸渍还原法只沉积了少量的共催化剂，这阻止了颗粒的聚集。然后，他们通过光电沉积法应用了第二层;这一次，微粒子生长在第一步种植的广泛分散的“种子”上。

尽管这项研究使用的是甲醇水溶液，而不是水，但该团队证实，当与另一种驱动氧气进化过程的光催化剂结合时，新开发的载铂BaTaO2N在分解水中的氢和氧分子方面比早期的BaTaO2N更有效。

Hisatomi说，研究小组正在考虑在板式反应器中打印粉末光催化剂。他和他的同事们用另一种材料，掺铝钛酸锶（SrTiO3）制造了这样的装置，这种材料与Batao2N具有相同的晶体结构，但吸收不同波长的光。一个1平方米的平板反应堆里装满了1毫米深的水层。当暴露在阳光下时，这种化学反应会迅速释放出气泡。一项相关的研究旨在开发一种能使氢气和氧气气泡分离的膜。尽管Batao2n的效率提高了100倍，但是还没有准备好在黄金时期制氢。

Hisatomi说:“我们还需要在效率上实现类似的飞跃，才能让这项技术发挥作用。”随着研究人员继续改进光催化剂，他们也将开始将两步法应用于其他类型的材料。“我们不知道哪种材料最终会是最好的，”他补充说。