中國(guó)科大設(shè)計(jì)出新型光解水制氫助催化劑

　　具有原子精度的光解水制氫助催化劑作用原理　課題組提供　攝

　　中新網(wǎng)合肥10月22日電 (楊保國(guó)吳蘭)記者22日從中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校熊宇杰教授課題組設(shè)計(jì)出一類具有原子精度殼層結(jié)構(gòu)的助催化劑，在降低貴金屬鉑助催化劑用量的同時(shí)，大幅度提高光解水制氫性能，為開發(fā)低成本、高性能光催化材料提供了新的途徑。該成果于10月15日在線發(fā)表在國(guó)際重要化學(xué)期刊《德國(guó)應(yīng)用化學(xué)》上，并被選為該期刊的“非常重要論文”。

　　太陽(yáng)能被認(rèn)為是21世紀(jì)最清潔的能源，而光解水制氫是一種可以直接將太陽(yáng)輻射能轉(zhuǎn)化為氫能的途徑，是極具發(fā)展?jié)摿Φ男履茉醇夹g(shù)。助催化劑可以促進(jìn)太陽(yáng)能產(chǎn)生的電荷與反應(yīng)水分子的相互作用，已廣泛應(yīng)用于光催化領(lǐng)域中。貴金屬鉑材料早已證實(shí)是一類優(yōu)異的光解水制氫助催化劑，但由于其成本高，人們一直在尋找降低鉑用量的方法。

　　熊宇杰小組基于先前發(fā)展的電子驅(qū)動(dòng)作用機(jī)制，別出心裁地設(shè)計(jì)出一類具有原子精度殼層的鈀-鉑核殼結(jié)構(gòu)助催化劑。這種設(shè)計(jì)利用鈀-鉑金屬間的電勢(shì)差作為半導(dǎo)體中光生電子的“運(yùn)動(dòng)”驅(qū)動(dòng)力，使得電子自發(fā)地依次從半導(dǎo)體向金屬鈀、鉑“跑位”，最后聚集在金屬鉑殼層的外表面，從而驅(qū)動(dòng)了金屬鉑表面的高效光解水制氫反應(yīng)。合作者江俊教授通過理論模擬，描述了該電荷演化過程；路軍嶺教授課題組以一氧化碳為探針分子，在紅外光譜中清晰地反映出電荷在金屬鉑表面的選擇性聚集效應(yīng)，從而證實(shí)了該作用機(jī)制。

　　該電子驅(qū)動(dòng)作用機(jī)制針對(duì)金屬鉑殼層厚度提出了原子精度的高要求，為此研究人員相應(yīng)發(fā)展了殼層厚度精準(zhǔn)控制的合成方法，無需使用成本高昂的原子層沉積技術(shù)即可生長(zhǎng)少數(shù)原子層厚度的金屬殼層。

　　熊宇杰表示，基于該技術(shù)，光解水制氫效率與無助催化劑的半導(dǎo)體光催化劑相比提高了322倍，比傳統(tǒng)純鉑助催化劑的半導(dǎo)體光催化劑體系提高8.2倍。同時(shí)，該設(shè)計(jì)以相對(duì)廉價(jià)的鈀內(nèi)核替代了金屬鉑，使材料成本降低了1/3以上。