我所發表太陽能光催化電荷分離成像研究綜述文章

近日，我所催化基礎國家重點實驗室、太陽能研究部（DNL16組）李燦院士、范峰滔研究員等發表太陽能光催化電荷分離成像研究綜述文章。

　　利用太陽能生產清潔、高效、可持續的綠色能源是實現“雙碳”目標的一種重要解決方案。光催化太陽能轉化可以直接通過分解水制綠色氫能，或將二氧化碳還原為液態燃料，是實現太陽能轉化的最理想途徑。迄今為止，提高光催化太陽能轉換效率方面仍然面臨著諸多挑戰。其中，微納米尺度的光生電荷分離是制約光催化太陽能轉換效率的關鍵因素。理解微觀電荷分離機制是提高光催化電荷分離效率、設計高效光催化劑的基礎。然而，由于電荷分離在微納米尺度的空間復雜性和表面電荷濃度低的限制，深入理解光催化電荷分離機制仍存在巨大挑戰。

　　李燦和范峰滔等通過結合納米探針技術和調制的表面光電壓技術（SPV）發展了高靈敏的空間分辨表面光電壓技術（SRSPV），實現了對光催化劑顆粒和微納結構的可視化電荷分布成像，以及對微觀電荷分離驅動力的測量。本綜述中，該團隊系統總結了SRSPV技術在揭示光催化電荷分離機制研究方面取得的一系列進展，深入討論了光催化電荷分離驅動力的本質來源，以及如何通過對光催劑的理性設計來實現高效的電荷分離，并對如何進一步發展時間分辨和原位在線電荷成像技術以更全面理解電荷分離機制進行了展望。

　　李燦和范峰滔等長期致力于太陽能光、電催化光譜表征的前沿科學研究，取得了系列成果，特別是利用自主研發的空間分辨的表面光電壓顯微鏡對光催化劑表面光生電荷給出了可視化圖像，在國際上最早將其應用到微納尺度光催化材料電荷分離的成像研究（Angew. Chem. Int. Ed.，2015；Nano Letters，2017；Chem. Soc. Rev.，2018；Nature Energy，2018；Adv. Mater.，2020；Angew. Chem. Int. Ed.，2020；Natl. Sci. Rev.，2021）。近期，團隊進一步實現了液相反應條件下化學反應以及電荷轉移過程的微納米成像（Nano Letters，2021；J. Phys. Chem. Lett.，2021）。

　　相關工作發表以“Unraveling Charge Separation Mechanisms in Photocatalyst Particles by Spatially Resolved Surface Photovoltage”為題，發表在《德國應用化學》（Angewandte Chemie International Edition）上。該工作的第一作者是我所DNL16組陳若天博士。該工作得到國家自然科學基金委，“人工光合成”基礎科學中心項目，以及中國科學院基礎研究領域優秀青年團隊等項目的資助。（文/圖 陳若天、范峰滔）

　　文章鏈接：https://doi.org/10.1002/ange.202117567