李灿、章福祥：显著提升宽光谱捕光催化剂全分解水制氢的量子效率

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近日，我所太阳能研究部（DNL16）李灿院士、章福祥研究员、祁育副研究员等人在利用宽光谱捕光催化剂构筑全分解水制氢体系研究方面取得新进展，基于BiVO4可见光催化剂不同晶面双助催化剂的优化开发及其选择性负载，显著提升了其用于水氧化和“Z”机制全分解水制氢性能，使全分解水制氢量子效率达到12.3%（420±10nm激发）。
　　利用粉末光催化剂全分解水制氢是一条转化储存太阳能至绿色氢能的理想途径之一，受到国际社会的高度关注。本工作中，基于前期对BiVO4光催化剂的认识基础，该团队设计开发了新型Ir还原助催化剂和FeCoOx复合物水氧化助催化剂。团队通过选择性沉积的方法，有效地促进了BiVO4的光生电荷分离和水氧化活性，进而与产氢光催化剂耦合，组装了高效的可见光催化全分解水制氢体系，其表观量子效率达到12.3%（420±10nm激发）。此外，团队结合XAFS等测试表征实验和理论模拟结果，阐析了FeCoOx水氧化助剂的微观结构及其促进电荷分离和水氧化性能的机理。上述研究成果为构筑更高效的可见光催化全分解水制氢体系奠定了基础。

　　近年来，该研究团队一直致力于宽光谱捕光新材料的研发，取得了系列代表性成果：拓宽了全分解水系统中产氢、产氧端催化剂对可见光的利用范围，产氢端从510nm拓展至650nm、产氧端从450nm拓展至600nm（Joule，2018；Adv. Mater.，2021）；粉末体系Z机制可见光催化全分解水制氢的表观量子效率先后达到6.8%（Angew. Chem. Int. Ed.，2015）、10.3%（Joule，2018）、12.3%（Nat. Commu.，2022）；发展了含氮半导体构筑异质结促进电荷分离的“一锅氮化”新方法（Angew. Chem. Int. Ed.，2015；Chem. Sci.，2017；Adv. Mater.，2019等）；发展了氨辅助高温负载CoOx助催化剂改善界面电荷传输和水氧化性能的新方法（J. Am. Chem. Soc.，2012；Angew. Chem. Int. Ed.，2015等）；发现了BiVO4不同晶面间光照条件下存在空间电荷分离效应，以及取得其不同晶面间双助催化剂选择性沉积大幅提升性能等新认识（Nat. Commun.，2013；Energy Environ. Sci.，2014；Joule，2018等）。
　　相关研究以“Unraveling of Cocatalysts Photodeposited Selectively on Facets of BiVO4 to Boost Solar Water Splitting”为题，于近日发表在《自然通讯》（Nature Communications）上。该工作的共同第一作者是我所DNL16T2祁育、张江威博士、中科大孔源副教授。以上工作得到了国家自然科学基金，科技部重点研发专项等项目的支持。（文/图 祁育）
　　文章链接：https://doi.org/10.1038/s41467-022-28146-6


       文献来源：大连化物所
      李灿，男，汉族，1960年1月生于甘肃省。理学博士，中国科学院大连化学物理研究所研究员，博士生导师。2003年当选中国科学院院士，2005年当选第三世界科学院院士，2008年当选欧洲人文和自然科学院外籍院士、英国皇家化学学会会士。任中国科学院大连化学物理研究所洁净能源国家实验室（筹）主任，中法催化联合实验室中方主任，英国石油公司与中国科学院大连化学物理研究所能源创新实验室主任，兼任中国科学技术大学材料与化学学院院长。主要从事催化材料、催化反应和催化光谱表征方面的研究，研制了具有自主知识产权的国内第一台用于催化材料研究的紫外共振拉曼光谱仪。
        章福祥,大连化物所研究员。1977年生于江西，2004年于南开大学化学学院获得物理化学博士学位，同年留校任教至2007年8月，2007年9月至2008年6月于巴黎第六大学做访问学者，2008年7月至2011年9月在东京大学做博士后和助理教授，2011年10月回国，现为大连化物所研究员、博导。获中科院“百人计划”择优项目、国家基金委优秀青年基金等资助。