大連化物所表面異相結促進光催化分解水制氫研究獲進展

發布時間：2012-12-17 17:08 原文鏈接：大連化物所表面異相結促進光催化分解水制氫研究獲進展

　　近日，中科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李燦院士領導的研究團隊在“太陽能光催化分解水制氫”研究方面取得重要進展。在以Ga2O3為基礎的半導體催化劑研究中，發現當其表面形成α晶相與β晶相的相結時，可以大幅提高光催化分解水的活性。進一步的時間分辨光譜研究確認了表面異相結可以有效地促進光生電子與空穴的分離，揭示了提高光催化活性的本質。

　　相關結果近期發表在《德國應用化學》雜志上（Angew. Chem. Int. Ed., DOI: 10.1002/anie.201207554），并被選為當期的Hot Paper和Back Cover。美國化學與工程新聞（Chemical & Eingeering News）雜志以“A Twist On Water Splitting”為題對該工作進行了大篇幅報道。

　　光催化分解水制氫是利用太陽能制備燃料的最挑戰反應之一，其中光激發產生的電子和空穴的有效分離和遷移是提高光催化效率的關鍵。大多數催化劑雖然具備了分解水的可能性，但由于光生電子-空穴對的分離效率很低，光催化分解水反應的活性很低。

　　2008年，李燦研究團隊通過對TiO2的研究，初步發現結合在一起的銳鈦礦與金紅石可以催進光催化反應這一現象（Angew. Chem. Int. Ed., 120: 1766-1769 2008），并在國際上率先提出了“異相結”的概念，經過最近四年的持續研究，又在以Ga2O3為基礎的半導體光催化劑上發現表面異相結可以促進光催化分解水反應，并深入研究了其提高光催化活性的本質。

　　長期以來，在太陽能電池領域中，人們利用p-n結策略分離光生電子-空穴以實現太陽能光伏發電。在納米半導體為基礎的太陽能光催化分解水中，不同于p-n結的異相結可以提高半導體光催化劑中光生電子與空穴的分離效率，從而使異相結成為發展高效光催化劑的一個新策略，這一發現具有重要的科學意義和應用前景。

　　該研究工作得到了國家自然科學基金重大項目、中國科學院太陽能行動計劃和科技部973項目的資助。