大連化物所寬光譜響應(yīng)光催化分解水制氫研究獲進(jìn)展

近日，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所催化基礎(chǔ)國家重點實驗室及潔凈能源國家實驗室太陽能研究部研究員、中科院院士李燦和研究員章福祥、陳閃山等與日本東京大學(xué)教授Kazunari Domen課題組合作，在可見光驅(qū)動光催化Z機(jī)制完全分解水制氫研究中取得進(jìn)展。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，經(jīng)一步氮化合成的MgTa₂O_6−xN_y/TaON異質(zhì)結(jié)材料(長可吸收波長達(dá)570 nm)可有效促進(jìn)光生電荷分離，基于此異質(zhì)結(jié)材料構(gòu)筑的寬光譜響應(yīng)Z機(jī)制完全分解水制氫體系，其表觀量子效率達(dá)到目前文獻(xiàn)報道高值(AQE: 6.8%@420 nm)。相關(guān)結(jié)果在線發(fā)表在《德國應(yīng)用化學(xué)》期刊上。

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大連化物所寬光譜響應(yīng)光催化分解水制氫研究獲進(jìn)展

　　光催化分解水制氫是從根本上解決能源危機(jī)和環(huán)境污染的理想途徑之一，而寬光譜響應(yīng)半導(dǎo)體材料的開發(fā)與應(yīng)用是實現(xiàn)太陽能高效光化學(xué)轉(zhuǎn)化的前提和基礎(chǔ)。近年來，李燦團(tuán)隊致力于新型寬光譜響應(yīng)半導(dǎo)體材料的開發(fā)，通過對系列層狀或隧道狀寬禁帶半導(dǎo)體材料進(jìn)行摻氮處理，實現(xiàn)了有效的寬光譜吸收和利用，并從實驗上證實了該類新型半導(dǎo)體為光催化分解水材料的可行性(J. Mater. Chem. A, 2013, 12, 5651；Chem. Commun., 2014, 50, 14415；Chin. J. Catal., 2014, 35, 1431)。然而，該類半導(dǎo)體材料仍存在著光生載流子分離效率低的問題。基于此，該團(tuán)隊一直重視發(fā)展構(gòu)筑異質(zhì)結(jié)、異相結(jié)甚至晶面間電荷分離等策略來從源頭上提升材料的光生電荷分離效率。近日，他們進(jìn)一步設(shè)計和發(fā)展一種新的氮化合成策略，成功構(gòu)筑基于摻氮化合物與氮氧化物的MgTa₂O_6−xN_y/TaON異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，可大幅提升光生電荷的分離效率和光催化Z機(jī)制完全分解水制氫性能，取得了文獻(xiàn)報道的粉末光催化Z機(jī)制分解水體系中高表觀量子效率。該研究不僅提供了異質(zhì)結(jié)構(gòu)筑的新方法，而且打通了從新型材料研發(fā)到完全分解水制氫的鏈條，為今后進(jìn)一步發(fā)展高效可見光完全分解水制氫過程奠定了基礎(chǔ)。

　　該研究工作獲得基金委重大基金、A3合作基金、科技部“973”項目和中科院“百人計劃”擇優(yōu)項目的資助。