一篇新論文表明，鈣鈦礦在太陽能驅動的熱化學制氫中比二氧化鈰更具成本效益 。Xin Qian在 美國能源部資助的研究中，發現CaTi0.5Mn 0.5O₃-d在太陽能驅動的熱化學氫氣生產方面的傑出效能和效能中，探索了一種鈣鈦礦配方，該配方的工作溫度略低於二氧化鈰 。

太陽能熱化學分兩個步驟生產太陽能氫。這兩個步驟都需要高達1500°C的高溫，這是在太陽能反應器中提供的，該反應器由定日鏡（反射鏡）反射到接收器中的高濃度太陽光加熱。在反應器內部，首先迫使氣體，然後使蒸汽在高溫下透過多孔材料以分離出氫氣。

第一步；氧化還原（redox）惰性氣體（如氬氣）被迫透過多孔的整體氧化還原材料（通常是金屬氧化物），因此經過熱還原以釋放出氧氣。在第二步；從水中分離出氫氣後，蒸汽被迫透過多孔材料。來自水中的氧氣重新氧化還原的金屬氧化物，因此現在釋放出氫氣。

這些多孔氧化還原材料的候選材料具有越來越高的研究興趣。最初，嘗試了氧化鐵。但是這些在連續制氫所需的重複迴圈中具有很高的燒結問題。二氧化鈰（CeO₂）目前是最先進的技術 ，由於其在高溫下的穩定效能，已經開始 商業化生產諸如噴氣燃料或氫氣之類的太陽能。

“這種行為非常有趣，因為當您還原二氧化鈰時，它會逐漸釋放出氧氣，當您用蒸汽將其氧化時，它會逐漸填充–它會從蒸汽中吸收氧氣並填充結構中的氧空位，因此，它將再次被再次氧化。”西北大學材料科學家錢謙說。

“因此，二氧化鈰在許多迴圈中將具有非常快的動力學和非常穩定的結構。但是，主要問題是其還原焓太高。因此，降低排放量時，實際上需要高於1500°C的溫度才能產生大量燃料。這種高溫會給太陽能反應堆的設計帶來非常嚴重的問題。將會有很多實質性的問題。”

儘管一些太陽能熱化學研發部門正在致力於開發 能夠承受這種高溫的高溫太陽能反應堆構造新材料，但其他太陽能研究人員正在尋找替代氧化還原材料，例如鈣鈦礦，它們的效能類似於二氧化鈰，但在較低的溫度下，因此它們可以經濟地生產太陽能氫。

“兩種材料都有其優點和缺點，”錢先生指出。“除了二氧化鈰的高溫要求和低燃料生產率外，另一個缺點是鈰是稀土金屬，因此其成本將比鈣鈦礦便宜得多，鈣鈦礦具有非常豐富的稀土元素。”

“但是二氧化鈰的優點是，即使在極端條件下，該材料也能在非常高的溫度下保持穩定。這種鈣鈦礦的動力學不如二氧化鈰快。但是，它仍然具有非常快的氧氣釋放動力學，這意味著您可以在很短的迴圈時間內將其迴圈，例如在30分鐘內產生每克氧化物約3毫升氫氣。因此就氫氣生產率而言。我們已經達到了非常短的週期時間。這是一個突破。更高 這可能是所有報告結果中最高的。”

經錢氏鈣鈦礦評估的，摻鈦的錳酸鈣鈣錳礦（CaTi0.5Mn0.5O₃-δ）不是化學計量的：其原子沒有以確切的整數比組合。它是透過鈦摻雜鈣鈦礦錳酸鈣（CaMnO₃-δ）製成的。

他認為，這種鈣鈦礦可以替代太陽能熱化學制氫中使用的二氧化鈰。實驗室測試顯示，在熱化學迴圈中，第一步的溫度為1350°C，而每克氧化物的氫產量高達10毫升，第二步的再氧化步驟–在1150°C的溫度下進行氫的分解。

但是搜尋仍在繼續。

他說：“我們的材料很好，但我認為這不是材料搜尋的終點。” “我們將需要繼續探索，以推動材料效能的極限。我們需要發現一種具有中間焓和足夠高的熵的材料，以便在熱力學和熱分解步驟方面都具有熱力學上的優勢。由於鈣鈦礦的組成空間非常大，人們將能夠探索新穎的組成，因此我們可以預料到很多材料的發現。”

像現在的大多數研究一樣，該團隊中的材料科學家與一個計算小組合作，以加快發現過程。

“實際上，透過計算篩選，您可以擺脫很多不有趣的材料，我們實際上並不知道哪種材料具有這些特性，因此，如果我們不需要對它們進行全部測量，將為我們節省大量時間，”錢說。

“例如，如果我知道我希望某種材料的焓降低到200到300之間-因為對於這些型別的材料，我們知道該材料的氧化還原熱力學實際上決定了燃料的生產能力-如果它們計算出具有此範圍內的焓值的所有材料的清單，那麼我們就不必全部測量它們了。”

但是對於這種鈣鈦礦來說，已經量化了它的特性。其穩定性，晶體結構，相變，還原動力學和燃料生產率；下一步將是看看它們能以多快的速度加快制氫速度。

他評論說：“也許我們下一步就是看看如何能夠調整這些屬性以具有更好的材料效能。” “例如，我們想知道它是否受氧氣擴散或氧氣在表面上的表面反應所限制。對於高度多孔的樣品結構，反應很可能會受到表面反應步驟的限制，然後可能會施加一些催化劑來提高其還原速率，從而在一定的迴圈時間內產生更多的燃料。”（來源：SolarPACES 編譯：Lydia）