非貴金屬光催化制氫材料研發成功

文/吳長鋒 楊保國

非貴金屬光催化制氫材料研發成功

文/吳長鋒 楊保國

中國科學技術大學化學與材料科學學院杜平武教授課題組設計制備出具有高轉化率的非貴金屬光催化制氫材料，表現出優越的人工光合成制氫性能和穩定性。該研究成果以封面標題形式9月1日發表在英國皇家化學學會旗下著名國際學術期刊《能源與環境科學》上。

傳統的石油和化石能源的消費引起全球變暖、環境污染和能源短缺等問題，成為人類可持續發展面臨的重大挑戰，而通過模擬光合作用，設計高效光催化體系吸收光分解水制氫，將太陽能轉化為氫能，是一種理想的制氫途徑。但由于大量使用貴金屬催化劑，成本昂貴。同時，吸光材料與助催化劑之間空間分布不均勻，可能會減少光誘導激發態電子的生成，降低界面激發態電子的壽命，極大影響光催化制氫的效率。

該研究組此前研究發現，過渡金屬磷化物作為助催化劑有著很好的光催化產氫的性質，將磷化亞銅、磷化鉬等磷化物負載在半導體上，可有效提升半導體光催化產氫的效率。在此基礎上，該研究組利用溶劑熱法，巧妙地將新型磷化鎳助催化劑負載在硫化鎘半導體納米線上，得到了分布均勻、接觸緊密的磷化鎳/硫化鎘復合結構，獲得了高效、穩定、廉價的人工光合成催化劑。

實驗數據和光譜表征證明，該復合結構能有效促進復合材料內的快速電子轉移過程，抑制激發態電子的失活，提高可見光催化制氫性能。在添加硫化鈉/亞硫酸鈉情況下，該催化劑材料實現了高效的光催化制氫：可見光大于420納米條件下，每毫克樣品每小時產氫速率達到1200微摩爾，90小時反應轉化次數達到約3270000，基于磷化鎳助催化劑的每小時反應次數達到36400。