章福祥研究员团队实现宽光谱捕光催化剂高效全分解水制氢

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近日，我所太阳能研究部太阳能制储氢材料与催化研究组（DNL1621组）章福祥研究员团队在宽光谱捕光催化剂全分解水制氢研究方向取得新进展。团队发现金属载体强相互作用（SMSI）可显著促进Ir/BiVO4光催化剂体系的界面电荷分离和水氧化性能，进而建立了高效的“Z”机制全分解水制氢体系，其室温下制氢表观量子效率（AQE）达到16.9%（420±10nm）。
　　本工作中，团队通过高温氢还原处理获得具有SMSI作用的Ir/BiVO4光催化剂，发现SMSI可显著促进其界面电荷分离。此外，团队通过原位光诱导实现负载Ir物种在BiVO4的{010}和{110}晶面定向转化成Ir和IrO2双助催化剂，进一步提高其表面催化和电荷分离能力，使得BiVO4产氧性能提升75倍以上。在此基础上，团队通过耦合TaON基产氢光催化剂，建立了“Z”机制可见光催化全分解水制氢新体系。该研究不仅将SMSI的应用从传统的热催化拓展至光催化领域，而且为促进光生电荷分离提供了新思路，有望为构筑高效光催化新体系奠定科学基础。

　　利用悬浮粉末光催化剂全分解水制氢虽然被认为是最廉价、最易规模化应用的太阳能光化学转化途径之一，但是其制氢效率一直受到光生电荷分离效率低的制约。近十余年来，我所太阳能研究部协同攻关，致力于宽光谱捕光催化剂全分解水制氢课题的研究，从高效捕光新材料、高效催化材料开发等方面入手，通过表界面调控策略、创新合成方法等，不仅开发了30余例具有我国自主知识产权的宽光谱捕光新材料和高TOF值的水氧化催化材料，而且建立了一系列高效的可见光催化全分解水制氢体系，有效拓宽了可见光的利用范围，逐步提升了悬浮粉体光催化剂可见光催化全分解水制氢效率（Angew. Chem. Int. Ed.，2015；Joule，2018；Nat. Commun.，2022）。
　　相关研究成果以“Efficient overall water splitting of a suspended photocatalyst boosted by metal-support interaction”为题，于近日发表在《焦耳》（Joule）上。相关工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目的支持。（文/图 祁育）
　　文章链接：https://doi.org/10.1016/j.joule.2023.12.005
       文献来源：大连化物所
        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。