大連化物所寬光譜響應光催化分解水制氫研究獲進展

　　近日，中國科學院大連化學物理研究所催化基礎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教授Kazunari Domen課題組合作，在可見光驅動光催化Z機制完全分解水制氫研究中取得進展。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，基于此異質結材料構筑的寬光譜響應Z機制完全分解水制氫體系，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。

　　光催化分解水制氫是從根本上解決能源危機和環境污染的理想途徑之一，而寬光譜響應半導體材料的開發與應用是實現太陽能高效光化學轉化的前提和基礎。近年來，李燦團隊致力于新型寬光譜響應半導體材料的開發，通過對系列層狀或隧道狀寬禁帶半導體材料進行摻氮處理，實現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，該團隊一直重視發展構筑異質結、異相結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，他們進一步設計和發展一種新的氮化合成策略，成功構筑基于摻氮化合物與氮氧化物的MgTa2O6?xNy/TaON異質結結構，可大幅提升光生電荷的分離效率和光催化Z機制完全分解水制氫性能，取得了文獻報道的粉末光催化Z機制分解水體系中最高表觀量子效率。該研究不僅提供了異質結構筑的新方法，而且打通了從新型材料研發到完全分解水制氫的鏈條，為今后進一步發展高效可見光完全分解水制氫過程奠定了基礎。

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

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