近日，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)國(guó)家同步輻射實(shí)驗(yàn)室教授韋世強(qiáng)和特任教授姚濤課題組在利用同步輻射X射線(xiàn)吸收譜學(xué)(XAFS)技術(shù)精確設(shè)計(jì)單活性位點(diǎn)鈷基催化劑實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)光驅(qū)動(dòng)自發(fā)水分解研究中取得新進(jìn)展，相關(guān)研究成果發(fā)表在《德國(guó)應(yīng)用化學(xué)》期刊上（Angew. Chem. Int. Ed. 2017, 56, 9312），并被編輯選為當(dāng)期熱點(diǎn)文章“Hot Paper”，同時(shí)作為“Frontispiece”進(jìn)行亮點(diǎn)報(bào)道。論文的共同第一作者是博士生劉煒和研究生曹林林。 ^FZ^6*
 
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　　通過(guò)太陽(yáng)光驅(qū)動(dòng)水分解的“人工光合作用”是實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化生產(chǎn)清潔可再生氫能的理想方法，同時(shí)也是解決未來(lái)能源與環(huán)境危機(jī)的理想途徑之一。然而，目前大多數(shù)光催化劑在不使用犧牲劑的條件下很難實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)光驅(qū)動(dòng)水分解，其效率也遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到實(shí)際應(yīng)用的需求。光解水過(guò)程包含著復(fù)雜的多電子、多步驟反應(yīng)，對(duì)催化劑材料的要求非常高，不僅要有合適的能級(jí)結(jié)構(gòu)來(lái)吸收足夠的可見(jiàn)光，更關(guān)鍵的是要有效地分離和傳輸光生電子和空穴，同時(shí)還具備高效穩(wěn)定的產(chǎn)氫和產(chǎn)氧活性位點(diǎn)。因此，尋求新型高效、穩(wěn)定和廉價(jià)的光催化劑依然面臨著極大挑戰(zhàn)。 M(d6Z2ibh  
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　　該研究組提出通過(guò)設(shè)計(jì)構(gòu)建單活性位點(diǎn)結(jié)構(gòu)來(lái)分離光生電子和空穴對(duì)，并作為助催化劑實(shí)現(xiàn)高效的全解水性能 (見(jiàn)下圖)。利用氮化碳納米空間限域效應(yīng)合成原子級(jí)分散的結(jié)構(gòu)位點(diǎn)，同步輻射X射線(xiàn)吸收譜學(xué)以及高角環(huán)形暗場(chǎng)像明確形成了單位點(diǎn)Co1-P4構(gòu)型，從而獲得了單位點(diǎn)鈷基負(fù)載磷摻氮化碳復(fù)合型光催化劑。該復(fù)合結(jié)構(gòu)在電子能帶結(jié)構(gòu)中形成特殊中間態(tài)，不僅極大地提高了材料的可見(jiàn)光吸收，而且有效抑制光生電子-空穴對(duì)復(fù)合，成功將光生載流子壽命顯著提高約20倍。他們所設(shè)計(jì)的光催化劑實(shí)現(xiàn)了在模擬太陽(yáng)光照、不加犧牲劑和貴金屬的條件下全解水產(chǎn)氫速率達(dá)410.3 μmol h-1 g-1，其中500 nm波長(zhǎng)處量子效率達(dá)到2.2%。這種單活性位點(diǎn)復(fù)合型光催化劑將為進(jìn)一步提升現(xiàn)有光催化劑的水分解性能提供新的設(shè)計(jì)思路和方法，同時(shí)也為從原子尺度探究催化活性中心和反應(yīng)機(jī)理提供新的有效途徑。 .)|a2d ~F  
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　　該研究得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金和中科院合肥大科學(xué)中心基金等項(xiàng)目的資助。 |