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(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所催化基礎(chǔ)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室及潔凈能源國(guó)家實(shí)驗(yàn)室太陽(yáng)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(jiàn)光驅(qū)動(dòng)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(zhǎng)可吸收波長(zhǎng)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(bào)道高值(AQE: 6.8%@420 nm)。相關(guān)結(jié)果在線發(fā)表在《德國(guó)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(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能高效光化學(xué)轉(zhuǎn)化的前提和基礎(chǔ)。近年來(lái)，李燦團(tuán)隊(duì)致力于新型寬光譜響應(yīng)半導(dǎo)體材料的開發(fā)，通過(guò)對(duì)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(shí)現(xiàn)了有效的寬光譜吸收和利用，并從實(shí)驗(yàn)上證實(shí)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(wèn)題。基于此，該團(tuán)隊(duì)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(lái)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(jì)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(bào)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(jiàn)光完全分解水制氫過(guò)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(xiàng)目和中科院“百人計(jì)劃”擇優(yōu)項(xiàng)目的資助。