大化所模擬自然光合作用體係光電分解水製氫研究獲進展

據中國科學院網站消息：近日，由中國科學院院士、中科院大連化學物理研究所催化基礎國家重點實驗室、太tai陽yang能neng研yan究jiu部bu研yan究jiu員yuan李li燦can指zhi導dao的de博bo士shi生sheng葉ye盛sheng等deng人ren，在zai模mo擬ni自zi然ran光guang合he作zuo用yong構gou建jian高gao效xiao的de人ren工gong光guang合he體ti係xi的de研yan究jiu中zhong取qu得de新xin進jin展zhan。科ke研yan人ren員yuan基ji於yu仿fang生sheng的de概gai念nian，將jiang部bu分fen氧yang化hua的de石shi墨mo烯xi和he空kong穴xue儲chu存cun層ceng相xiang結jie合he，大da幅fu度du提ti高gao了le光guang生sheng電dian荷he分fen離li效xiao率lv，從cong而er實shi現xian了le高gao效xiao的de光guang電dian催cui化hua分fen解jie水shui製zhi氫qing，相xiang關guan研yan究jiu結jie果guo以yi全quan文wen的de形xing式shi發fa表biao在zai《美國化學會誌》上（J. Am. Chem. Soc., 2018, DOI: 10.1021/jacs.7b10662），並被邀請作為當期封麵文章。

《美國化學會誌》當期封麵

該研究團隊通過模擬光係統II中關鍵組分的重要功能，采用BiVO4半導體作為捕光材料
，以及可抑製BiVO4光腐蝕的鎳鐵層狀雙氫氧化物（NiFeLDH）作為空穴儲存層（Angew. Chem. Int. Ed., 2014, 53, 7295; Energy Environ. Sci., 2016, 9, 1327）。同時以分子Co立方烷作為水氧化催化劑，用於模擬自然光合作用中的Mn4CaO5放氧中心。研究人員發現，部分氧化的石墨烯（pGO）可作為捕光材料與水氧化催化劑之間的電荷傳輸媒介，展示出類似於自然光係統II中酪氨酸（Tyr）的功能。研究結果顯示
，該仿生體係在光電催化分解水反應中具有高效性和高穩定性，且水氧化反應的起始電位為0.17V，接近熱力學理論值，為目前文獻報道的最低值。此外，該體係在1.23V（VS.RHE）偏壓下的光電流高達4.45mA·cm-2，太陽能到氫能的轉化率（STH）大於2.0%。該工作是繼該研究組將半導體與分子催化劑耦合體係用於光催化的相關研究後（J. Catal., 2016, 338, 168; J. Am. Chem. Soc., 2016, 138, 10726），在光電催化分解水應用方麵取得的新進展。

以上工作得到了科技部973項目、國家自然科學基金、中科院戰略性先導科技專項和教育部能源材料化學協同創新中心(iChEM)的資助。