由于世界范圍的能源和環境問題，近年來光催化分解水制氫和還原二氧化碳的研究在國際學術界引起廣泛的重視。光催化分解水被認為是最具挑戰性的難題，一旦取得突破，有望影響世界能源格局。實現這個反應的關鍵是發展高效的光催化劑，進而構筑高效光催化或光電催化體系。
近日，中國科學院大連化學物理研究所李燦院士領導的太陽能研究部繼發現BiVO4等半導體的不同晶面間電荷分離效應后 (Nature Commun., 4, 1432, 2013，Rengui Li, Fuxiang Zhang, Hongxian Han and Can Li et al)，相關研究工作又取得新的進展。利用半導體光催化劑的不同晶面之間電荷分離效應，設計組裝氧化還原雙助催化劑于光催化劑的不同暴露晶面上，可將光催化劑活性提高兩個數量級以上，進一步確認了晶面間光生電荷分離的效應和雙助催化劑的協同促進作用，為理性設計合成高效光催化劑提供了策略。相關結果近期發表在能源與環境科學領域期刊Energy & Environmental Science上(Energy Environ. Sci., 2014, DOI:C3EE43304H, Rengui Li, Hongxian Han, Fuxiang Zhang , Donge Wang and Can Li)。
基于前期發現的半導體光催化劑的不同晶面之間光生電荷分離效應，該工作將不同的氧化和還原雙助催化劑分別高選擇性地擔載到光催化劑BiVO4的(110)和(010)不等同晶面上，將光催化氧化水的活性提高兩個數量級以上。研究發現：分別只擔載一種助催化劑時，可將活性提高到一定程度，只有當雙助催化劑選擇性地擔載于特定晶面時才會表現出明顯的協同促進作用，使光催化氧化水反應活性大幅度提高。將這一策略制備的光催化劑用于光催化氧化降解多種污染物的反應中也同樣發現可以顯著提高光催化反應活性，進一步確認了雙助催化劑在不同晶面選擇性擔載的協同促進光催化反應的機制，從而為理性設計合成半導體基光催化體系以實現高效光催化分解水提供新的策略。
該工作得到了國家自然科學基金重大項目和科技部“973”項目的資助。
大連化物所太陽能光催化分解水研究取得新進展
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記者2月24日從江南大學獲悉，該校化學與材料工程學院劉小浩教授團隊采用光誘導—鄰近沉積方法，通過精確控制雙原子位點的距離，產生優異的協同催化效應，實現二氧化碳加氫近100%選擇性生成甲醇，且生成甲醇的......
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高效全分解水制氫示意圖。中國科學院大連化學物理研究所供圖中國科學院大連化學物理研究所研究員章福祥團隊在寬光譜捕光催化劑全分解水制氫研究中取得新進展。他們發現金屬載體強相互作用可顯著促進Ir/BiVO4......