随着能源需求量的日益增长和化石能源的消耗，开发利用清洁可再生能源势在必行。光催化分解水产氢可将太阳能转化存储在化学氢能中，为缓解能源紧缺问题提供了一条可能的绿色途径，因而得到广泛关注。水被还原成氢气是一个两电子参与的反应，而对于大多数光催化材料，吸收单光子通常只能产生一个电子，因此，光催化剂活性位点上的多电子积累过程是实现有效产氢的关键。目前常用的多电子累积策略包括采用单电子氧化还原介质传递电子和利用半导体纳米晶的多重激子效应等，以上方法主要集中在对电子转移介质和半导体组分的调控。Pt是一种最常用的光催化分解水产氢助催化剂，但是对于如何通过Pt组分的优化实现多电子累积，同时拓展并丰富Pt在光催化产氢体系中其他作用方面的研究还较为缺乏。
福州大学的徐艺军教授（点击查看介绍）课题组在前期建立的界面近场散射吸收模型 (Nature Photonics, 2016, 10, 473; Chem, 2018, 4, 1832; Chemical Science, 2018, 9, 8914) 的理论模型基础上，通过合理设计和优化调控Pt纳米粒子的介电环境、空间分布以及与半导体组分之间的界面作用，不仅可以将TiO2在紫外光区的本征吸收和Pt纳米粒子在可见光-近红外区域的散射吸收结合，实现复合光催化剂从紫外到近红外波段的宽光谱吸收，还能在TiO2-Pt肖特基型异质结的驱动下实现电子的单向传导，使多电子有效积聚在Pt活性位点上，从而显著提高复合光催化剂在模拟太阳光照射下的产氢性能。该研究提出了一种合理的复合光催化剂构建理念，为多电子反应及太阳能的转化和利用提供了新的设计思路。
相关工作发表在Angewandte Chemie International Edition上。
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Broadband Light Harvesting and Unidirectional Electron Flow for Efficient Electron Accumulation for Hydrogen Generation
Nan Zhang, Ming-Yu Qi, Lan Yuan, Xianzhi Fu, Zi-Rong Tang, Jinlong Gong, Yi-Jun Xu
Angew. Chem. Int. Ed., 2019, 58, 10003-10007, DOI: 10.1002/anie.201905981
导师介绍
徐艺军
http://www.x-mol.com/university/faculty/9513
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