中國科大發現“光解水制氫”新路徑
- 發佈時間：2015-02-03 01:30:42 來源：科技日報 責任編輯：羅伯特
科技日報訊 （記者吳長鋒 通訊員劉愛華）如何用太陽能分解水製備氫氣在全世界備受關注。中國科學技術大學熊宇傑教授課題組的一項研究首次揭示了硅奈米線表面“光解水制氫”的機制，為其制氫性能的提高提供了新的途徑。該工作以《硅奈米線光解水制氫之謎》為題，線上發表于國際重要化學期刊《德國應用化學》上，入選該期刊的熱點論文。
在光解水制氫過程中，半導體催化劑扮演著非常重要的作用。半導體材料在接受到太陽光以後將産生攜帶能量的激發態正負電荷，使得水通過還原和氧化反應生成氫氣和氧氣。“硅”是地球上儲量最高且在工業上應用最為廣泛的半導體材料，早已有報道預言可用於光解水制氫技術。
熊宇傑課題組巧妙地把奈米製造技術和濕化學方法結合起來，可以高度選擇性地調控硅奈米線陣列的表面化學鍵類型和數量，從而發現硅材料的激發態電荷平均壽命及光催化産氫效率與其表面化學鍵緊密相關。另一方面，研究團隊發現該過程産生的氫氣和氧氣的比例遠高於常規思維中的比例，並通過中國科大江俊教授課題組的理論模擬，揭示該過程與傳統的光催化氫機制有所不同。基於該系列發現，研究團隊首次揭開了硅材料“光解水制氫”機制的“神秘面紗”。
在理解作用機制之後，研究人員開發出了一類基於常規半導體工業技術的表面化學處理方法，為調控位於硅材料表面的化學鍵狀態提供了簡捷途徑，得以理性地調變其光催化制氫性能。該研究提出了新的表面工程思路，為開發高效、自然界豐富的光催化劑鋪築有效道路，並將拓展人們對化學轉化中電荷運動“微觀引擎”的控制能力，對高效催化劑的理性設計具有重要推動作用。氫氣的獲得也將為燃料電池等帶來更廣泛的應用。
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