中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)光解水制氫催化體系研究獲突破

中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)的研究人員針對(duì)太陽(yáng)能光解水制氫的鉑催化劑稀有且價(jià)格高昂的瓶頸問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一類具有原子精度殼層結(jié)構(gòu)的助催化劑，在減少貴金屬鉑用量的同時(shí)，大幅提高了光解水制氫的效率，為開(kāi)發(fā)低成本、高性能光催化材料提供了新的途徑。

研究人員基于此前研究發(fā)現(xiàn)的界面電荷極化作用機(jī)制，設(shè)計(jì)出了一類具有原子精度殼層的鈀-鉑核殼結(jié)構(gòu)助催化劑。該新設(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，從而催化金屬鉑表面的高效光解水制氫反應(yīng)。

該界面電荷極化作用機(jī)制對(duì)殼層厚度提出了原子精度的高要求，因此，研究人員開(kāi)發(fā)了殼層厚度精準(zhǔn)控制的合成方法，無(wú)需使用成本高昂的原子層沉積技術(shù)，即可在液相體系中生長(zhǎng)出少數(shù)原子層厚度的金屬殼層。

采用該新型催化劑的光解水制氫反應(yīng)效率與無(wú)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)體光催化劑體系高8.2倍。此外，該設(shè)計(jì)以相對(duì)廉價(jià)的鈀內(nèi)核替代了金屬鉑，也在一定程度上降低了制氫成本。

該項(xiàng)研究提出了新的界面工程思路，將拓展人們對(duì)太陽(yáng)能-化學(xué)轉(zhuǎn)化中電子運(yùn)動(dòng)“微觀引擎”的控制能力，對(duì)高效光催化劑的設(shè)計(jì)具有推動(dòng)作用。

（科大）