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中國科大發(fā)現(xiàn)“光解水制氫”新路徑

  • 發(fā)布時間：2015-02-03 01:30:42  來源：科技日報  作者：佚名  責(zé)任編輯：羅伯特

　　科技日報訊 （記者吳長鋒 通訊員劉愛華）如何用太陽能分解水制備氫氣在全世界備受關(guān)注。中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)熊宇杰教授課題組的一項研究首次揭示了硅納米線表面“光解水制氫”的機制，為其制氫性能的提高提供了新的途徑。該工作以《硅納米線光解水制氫之謎》為題，在線發(fā)表于國際重要化學(xué)期刊《德國應(yīng)用化學(xué)》上，入選該期刊的熱點論文。

　　在光解水制氫過程中，半導(dǎo)體催化劑扮演著非常重要的作用。半導(dǎo)體材料在接受到太陽光以后將產(chǎn)生攜帶能量的激發(fā)態(tài)正負(fù)電荷，使得水通過還原和氧化反應(yīng)生成氫氣和氧氣?！肮琛笔堑厍蛏蟽α孔罡咔以诠I(yè)上應(yīng)用最為廣泛的半導(dǎo)體材料，早已有報道預(yù)言可用于光解水制氫技術(shù)。

　　熊宇杰課題組巧妙地把納米制造技術(shù)和濕化學(xué)方法結(jié)合起來，可以高度選擇性地調(diào)控硅納米線陣列的表面化學(xué)鍵類型和數(shù)量，從而發(fā)現(xiàn)硅材料的激發(fā)態(tài)電荷平均壽命及光催化產(chǎn)氫效率與其表面化學(xué)鍵緊密相關(guān)。另一方面，研究團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)該過程產(chǎn)生的氫氣和氧氣的比例遠(yuǎn)高于常規(guī)思維中的比例，并通過中國科大江俊教授課題組的理論模擬，揭示該過程與傳統(tǒng)的光催化氫機制有所不同。基于該系列發(fā)現(xiàn)，研究團(tuán)隊首次揭開了硅材料“光解水制氫”機制的“神秘面紗”。

　　在理解作用機制之后，研究人員開發(fā)出了一類基于常規(guī)半導(dǎo)體工業(yè)技術(shù)的表面化學(xué)處理方法，為調(diào)控位于硅材料表面的化學(xué)鍵狀態(tài)提供了簡捷途徑，得以理性地調(diào)變其光催化制氫性能。該研究提出了新的表面工程思路，為開發(fā)高效、自然界豐富的光催化劑鋪筑有效道路，并將拓展人們對化學(xué)轉(zhuǎn)化中電荷運動“微觀引擎”的控制能力，對高效催化劑的理性設(shè)計具有重要推動作用。氫氣的獲得也將為燃料電池等帶來更廣泛的應(yīng)用。

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