一体化光催化分解水制氢

据国外网站报道：由JaceK Stolarczyk博士和Jochen Feldmann教授领导的LMU物理学家团队与由FrankWürthner教授领导的维尔茨堡大学化学家团队合作，首次实现了通过一体化催化体系完全分解水分子。他们的新研究发表在Nature Energy杂志上。

光催化分解水分子的技术方法使用合成组分来模拟在自然光合作用期间发生的复杂过程。在这样的系统中，吸收光量子（光子）的半导体纳米粒子原则上可以用作光催化剂。光子的吸收产生带负电的粒子（电子）和被称为“空穴”的带正电的物质。如果只想从水中产生氢气，通常会通过添加牺牲性化学试剂快速去除空穴。但为了实现完全的水分解，必须在系统中保留空穴以驱动水氧化的缓慢过程。技术难点在于使两个半反应同时发生在单个粒子上且同时确保相反的带电物种不重组。此外，许多半导体本身可被氧化，并因此被带正电的空穴破坏。

Stolarczyk团队通过使用由半导体材料硫酸镉制成的纳米棒解决了这个问题，并在空间上分离了在这些纳米晶体上发生氧化和还原反应的区域。研究人员用微小的铂颗粒装饰了纳米棒的尖端，这些铂颗粒充当了光吸收激发的电子的受体。这种配置提供了一种有效的光催化剂，用于将水还原为氢气。另一方面，氧化反应发生在纳米棒的侧面。为此，LMU的研究人员在Würthner团队开发的钌基氧化催化剂附着在侧面附近。该化合物具有将其锚定在纳米棒上的官能团。这些基团为催化剂提供极快的空穴传输，有利于有效产生氧气并最大限度地减少对纳米棒的损害。

该研究是由巴伐利亚州资助的“Solar Technologies Go Hybrid”（SolTech）跨学科项目的一部分。