大連化物所光催化劑製氫新進展

據中科院網站消息：近日，中國科學院大連化學物理研究所太陽能研究部的中科院院士李燦、研究員章福祥等人在寬光譜捕光催化劑Z機製全分解水製氫研究中取得了新的研究進展。研究結果發現，通過設計和調控BiVO4的表麵助催化劑Au的擔載，以及雙助催化劑（Au和CoOx）的選擇性負載，可以有效促進BiVO4的產氧性能及其與氧化還原電對離子間的電荷傳輸，研究人員基於此構築了高效的可見光Z機製全分解水體係
，其表觀量子效率最終超過10%（420nm激發）。相關結果已經在線發表在Cell旗下的Joule 期刊上。

大連化物所寬光譜捕光催化劑全分解水製氫研究取得新進展

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，youwangchengweijingjikexingdetaiyangnengzhuanhuanfangshizhiyi。jinnianlai，licanhezhangfuxiangtuanduiyizhizhiliyuliyongkuanguangpuxiangyingcailiaogouzhuZ機製全分解水體係，在研究期間發展了“一鍋氮化”構築異質結促進電荷分離的新方法，解決了含氮化合物在空氣或惰性氣體下熱穩定性差
、不易構築異質結的實驗難題，進而構築了多個Z機製全分解水製氫體係（Angew. Chem. Int. Ed., Chem. Sci.）。此外
，該團隊還發展了氨氣流保護負載放氧助催化劑的新方法，極大地提升了寬光譜捕光催化劑的放氧性能；並在此基礎上又發現助催化劑的分散性，對界麵電荷分離有極大影響，其受界麵的親疏水屬性影響明顯，例如：通過Ta3N5表麵氧化鎂層修飾，不僅可促進助催化劑分散以及界麵電荷分離效率，而且還可以有效地抑製Z機製中的競爭反應
，最終使Z機製全分解水製氫成為一種可能（相關結果已發表在J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., J. Catal., Appl Catal B: Environ.等）。通過不斷的努力，該團隊不僅成功拓展了Z機製全分解水製氫中，產氫和產氧端催化劑對可見光的利用範圍（產氫端由510nm拓展至650nm; 產氧端由450nm拓展至590nm），而且還將粉末體係Z機製可見光催化全分解水製氫的表觀量子效率記錄不斷刷新。

該研究利用具有單電子轉移、適宜中性環境且具有較低氧化還原電位的[Fe(CN)6]3-/[Fe(CN)6]4-為氧化還原電對
，基於研究的前期實驗發現，BiVO4的不同晶麵間存在光生電子和空穴空間分離（Nature Commun.），實驗采用雙助催化劑（Au/CoOx）在BiVO4的{010}和{110}晶麵上的選擇性沉積策略

，使得產氧性能大幅提升。研究人員在此基礎上通過耦合具有較寬可見光響應的產氫端，最終實現了高效的Z機製全分解水，取得了10.3%（420nm激發）的全分解水製氫量子效率
，刷新了該團隊以前保持的6.8%（420nm激發）的記錄。此外，此研究還同時發現了Au納米粒子的擔載
，有利於從BiVO4抽取電子向[Fe(CN)6]3-的轉移。以上的研究結果為今後進一步發展高效可見光完全分解水體係奠定了基礎。

該研究工作獲得基金委、科技部、中科院以及能源材料化學協同創新中心等資助。