大連化物所章福祥研究員團隊實現寬光譜捕光催化劑高效全分解水制氫

近日，中科院實驗室章福祥研究員團隊在寬光譜捕光催化劑全分解水制氫研究方向取得新進展。

據悉，章福祥研究員團隊發現金屬載體強相互作用（SMSI）可顯著促進Ir/BiVO4光催化劑體系的界面電荷分離和水氧化性能，進而建立了高效的“Z”機制全分解水制氫體系，其室溫下制氫表觀量子效率（AQE）達到16.9%（420±10nm）。

本文亮點：

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

2. 發展了原位光誘導實現雙助催化劑在電子和空穴富集位定向轉化的新策略。

3. 構筑了“Z”機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到國際新高（AQE = 16.9%）。

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

近十余年來，實驗室太陽能研究部協同攻關，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、高效催化材料開發等方面入手，通過表界面調控策略、創新合成方法等，不僅開發了30余例具有我國自主知識產權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）。

相關研究成果以“Efficient overall water splitting of a suspended photocatalyst boosted by metal-support interaction”為題，于近日發表在《焦耳》（Joule）上。該工作的第一作者是實驗室祁育副研究員。相關工作得到國家重點研發計劃、國家自然科學基金等項目的支持。