大连化物所光催化剂制氢新进展

 据中科院wang站消息：近日，中国科学院大连化学物理研究所太阳能研究部的中科院院士李灿、研究员章福祥等人在宽光谱捕光催化剂Z机制全分解水制氢研究中取得了新的研究进展。研究结果发现，通过设计和调控BiVO4的表面助催化剂Au的担载，以及双助催化剂（Au和CoOx）的选择性负载，可以有效促进BiVO4的产氧性能及其与氧化还原电对离子间的电荷传输，研究人员基于此构筑了的可见光Z机制全分解水体系，其表观量子效率终超过10%（420nm激发）。相关结果已经在线发表在Cell旗下的Joule 期刊上。

大连化物所宽光谱捕光催化剂全分解水制氢研究取得新进展

  基于光催化剂粉的末悬浮体系实现太阳能全分解水产氢，有望成为经济可行的太阳能转换方式之一。近年来，李灿和章福祥团队一直致力于利用宽光谱响应材料构筑Z机制全分解水体系，在研究期间发展了“一锅氮化”构筑异质结促进电荷分离的新方法，解决了含氮化合物在空气或惰性气体下热稳定性差、不易构筑异质结的实验难题，进而构筑了多个Z机制全分解水制氢体系（Angew. Chem. Int. Ed., Chem. Sci.）。此外，该团队还发展了氨气流保护负载放氧助催化剂的新方法，极大地提升了宽光谱捕光催化剂的放氧性能；并在此基础上又发现助催化剂的分散性，对界面电荷分离有极大影响，其受界面的亲疏水属性影响明显，例如：通过Ta3N5表面氧化镁层修饰，不仅可促进助催化剂分散以及界面电荷分离效率，而且还可以有效地抑制Z机制中的竞争反应，终使Z机制全分解水制氢成为一种可能（相关结果已发表在J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., J. Catal., Appl Catal B: Environ.等）。通过不断的努力，该团队不仅成功拓展了Z机制全分解水制氢中，产氢和产氧端催化剂对可见光的利用范围（产氢端由510nm拓展至650nm; 产氧端由450nm拓展至590nm），而且还将粉末体系Z机制可见光催化全分解水制氢的表观量子效率记录不断刷新。

  该研究利用具有单电子转移、适宜中性环境且具有较低氧化还原电位的[Fe(CN)6]3-/[Fe(CN)6]4-为氧化还原电对，基于研究的前期实验发现，BiVO4的不同晶面间存在光生电子和空穴空间分离（Nature Commun.），实验采用双助催化剂（Au/CoOx）在BiVO4的和晶面上的选择性沉积策略，使得产氧性能大幅提升。研究人员在此基础上通过耦合具有较宽可见光响应的产氢端，终实现了的Z机制全分解水，取得了10.3%（420nm激发）的全分解水制氢量子效率，刷新了该团队以前保持的6.8%（420nm激发）的记录。此外，此研究还同时发现了Au纳米粒子的担载，有利于从BiVO4抽取电子向[Fe(CN)6]3-的转移。以上的研究结果为今后进一步发展可见光*分解水体系奠定了基础。

 该研究工作获得基金委、科技部、中科院以及能源材料化学协同创新中心等资助。