大連化物所寬光譜響應光催化分解水製氫研究取得新進展

央廣網大連6月17日消息（記者田彤 賈鐵生 通訊員關佳寧）近日
，中國科學院大連化學物理研究所（簡稱“大連化物所”）催化基礎國家重點實驗室及潔淨能源國家實驗室太陽能研究部李燦院士、章福祥研究員和博士生陳閃山等與日本東京大學Kazunari Domen教授課題組合作，在可見光驅動光催化Z機製完全分解水製氫研究中取得新進展。研究結果發現，經一步氮化合成的MgTa2O6?xNy/TaON異質結材料(最長可吸收波長達570 nm)可有效促進光生電荷分離，基於此異質結材料構築的寬光譜響應Z機製完全分解水製氫體係，其表觀量子效率達到目前文獻報道最高值(AQE: 6.8%@420 nm)。相關結果在線發表在《德國應用化學》期刊上。

利用太陽能光催化分解水製氫亦稱人工光合製氫，是人類向自然學習
、“道法自然”的結果。自然界植物通過光合作用將水和二氧化碳轉化為葡萄糖、纖維素等生物質儲存能量，同時排放出生命所需氧氣。自然光合作用不僅促成了煤、石油和天然氣等化石資源的形成，而且在生命起源、renleixingchenghemanchangdeyanhuaguochengzhongbanyanzhebuketidaidejiaose，weirenleidefanyanheshengxitigonglechongzudenengyuanheyangfen。weilejiekaiziranguanghezuoyongdeshenmimiansha
，kexuexianqumenzaishijiushijihouqi
、kejitiaojianjibufadadeqingkuangxiabiankaishileziranguanghezuoyongdetansuoxunmizhilv，xianyichubujiexileguanghezuoyongdejibenjiegouhejibenyuanli
，xingchengleziranguanghezuoyongcaiyonghaiyuanheyanghuashuangzhongxin、Z-機製促進高效電荷分離等基本共識，這方麵相關的工作先後被授予近十項諾貝爾獎。

相(xiang)比(bi)自(zi)然(ran)光(guang)合(he)作(zuo)用(yong)，人(ren)工(gong)光(guang)合(he)製(zhi)氫(qing)的(de)研(yan)究(jiu)相(xiang)對(dui)起(qi)步(bu)較(jiao)晚(wan)，直(zhi)到(dao)上(shang)世(shi)紀(ji)七(qi)十(shi)年(nian)代(dai)才(cai)開(kai)始(shi)。在(zai)過(guo)去(qu)的(de)四(si)十(shi)年(nian)左(zuo)右(you)研(yan)究(jiu)曆(li)程(cheng)中(zhong)，尤(you)其(qi)近(jin)十(shi)餘(yu)年(nian)的(de)研(yan)究(jiu)中(zhong)，各(ge)國(guo)科(ke)學(xue)家(jia)圍(wei)繞(rao)人(ren)工(gong)光(guang)合(he)成(cheng)過(guo)程(cheng)中(zhong)太(tai)陽(yang)光(guang)的(de)高(gao)效(xiao)吸(xi)收(shou)和(he)利(li)用(yong)
、光生電荷高效分離以及高效催化轉化等關鍵科學問題展開了廣泛的探索和研究
；相關研究經曆了最初的實驗現象發現、基礎理論探索到人工光合成體係整體設計構築的不斷發展過程；對光催化材料基本物性、光催化劑結構與性能“構效關係”認識由宏觀不斷向微觀水平推進

；反應體係由過去的半反應研究，逐漸集中在光催化完全分解水製氫及光催化製氫與CO2耦合製燃料研究；光催化反應的基礎理論體係逐步形成，人工光合成太陽能燃料已經成為化學、物理、能源與材料等多學科交叉的熱門研究領域之一。

最近，李燦院士、章zhang福fu祥xiang研yan究jiu員yuan和he博bo士shi生sheng陳chen閃shan山shan等deng瞄miao準zhun具ju有you太tai陽yang能neng應ying用yong轉zhuan化hua潛qian力li的de寬kuan光guang譜pu響xiang應ying半ban導dao體ti材cai料liao製zhi氫qing技ji術shu。他ta們men從cong新xin型xing材cai料liao的de開kai發fa入ru手shou
，通tong過guo對dui係xi列lie層ceng狀zhuang或huo隧sui道dao狀zhuang寬kuan禁jin帶dai半ban導dao體ti材cai料liao進jin行xing摻chan氮dan處chu理li，實shi現xian了le有you效xiao的de寬kuan光guang譜pu吸xi收shou和he利li用yong，並bing從cong實shi驗yan上shang證zheng實shi了le該gai類lei新xin型xing半ban導dao體ti材cai料liao具ju有you可ke見jian光guang催cui化hua分fen解jie水shui製zhi氫qing潛qian力li。近jin日ri，該gai團tuan隊dui在zai自zi主zhu開kai發fa的deMgTa2O6?xNy新材料基礎上，通過氮化合成策略創新成功構築了MgTa2O6?xNy/TaON異質結，大幅提升了其光生電子和空穴的分離效率，並模擬自然光合作用原理采用“Z”機製成功實現了完全分解水製氫，其製氫表觀量子效率在波長為420納米可見光激發下高達6.8%
，為目前國際上通過納米粉末光催化“Z”機製分解水製氫的最高表觀量子效率。研究成果不僅提供了“異質結”gouzhudexinfangfa
，datonglecongxinxingcailiaoyanfadaorengongguanghequanfenjieshuizhiqingdeliantiao，erqieweifazhanjuyouwoguozizhuchuangxindegaoxiaokuanguangpukejianguangrengongguanghezhiqingnengyuanbiangexingjishudiandinglejichu。