大連化物所章福祥研究員團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)寬光譜捕光催化劑高效全分解水制氫

近日，中科院實(shí)驗(yàn)室章福祥研究員團(tuán)隊(duì)在寬光譜捕光催化劑全分解水制氫研究方向取得新進(jìn)展。

據(jù)悉，章福祥研究員團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)金屬載體強(qiáng)相互作用（SMSI）可顯著促進(jìn)Ir/BiVO4光催化劑體系的界面電荷分離和水氧化性能，進(jìn)而建立了高效的“Z”機(jī)制全分解水制氫體系，其室溫下制氫表觀量子效率（AQE）達(dá)到16.9%（420±10nm）。

本文亮點(diǎn)：

1. 本工作證實(shí)助催化劑Ir與半導(dǎo)體BiVO4之間存在SMSI作用，并首次證實(shí)SMSI作用可顯著促進(jìn)其界面光生電荷分離和水氧化性能。

2. 發(fā)展了原位光誘導(dǎo)實(shí)現(xiàn)雙助催化劑在電子和空穴富集位定向轉(zhuǎn)化的新策略。

3. 構(gòu)筑了“Z”機(jī)制可見光催化全分解水制氫新體系，取得420 ± 10 nm 波長照射下制氫表觀量子效率達(dá)到國際新高（AQE = 16.9%）。

本研究首次證明助催化劑與半導(dǎo)體之間存在的SMSI可顯著促進(jìn)界面電荷分離以及光催化性能，同時(shí)發(fā)展了原位光誘導(dǎo)定向負(fù)載雙助催化劑的新策略，大幅促進(jìn)了光生電荷分離以及水氧化性能，并基此構(gòu)筑了高效的可見光催化全分解水制氫粉末新體系，取得了國際領(lǐng)先的可見光催化全分解水制氫量子效率，實(shí)現(xiàn)了太陽能到氫能的轉(zhuǎn)化效率達(dá)0.8%，高于大部分自然光合作用的能源轉(zhuǎn)化效率。該研究不僅拓展了SMSI的應(yīng)用版圖（從傳統(tǒng)熱催化拓至光催化），而且為光生電荷分離促進(jìn)提供了新思路，為構(gòu)筑高效光催化新體系奠定了科學(xué)基礎(chǔ)。

近十余年來，實(shí)驗(yàn)室太陽能研究部協(xié)同攻關(guān)，致力于寬光譜捕光催化劑全分解水制氫課題的研究，從高效捕光新材料、高效催化材料開發(fā)等方面入手，通過表界面調(diào)控策略、創(chuàng)新合成方法等，不僅開發(fā)了30余例具有我國自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的寬光譜捕光新材料和高TOF值的水氧化催化材料，而且建立了一系列高效的可見光催化全分解水制氫體系，有效拓寬了可見光的利用范圍，逐步提升了懸浮粉體光催化劑可見光催化全分解水制氫效率（Angew. Chem. Int. Ed. 2015；Joule 2018；Nat. Commun. 2022）。

相關(guān)研究成果以“Efficient overall water splitting of a suspended photocatalyst boosted by metal-support interaction”為題，于近日發(fā)表在《焦耳》（Joule）上。該工作的第一作者是實(shí)驗(yàn)室祁育副研究員。相關(guān)工作得到國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的支持。