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新助催化劑大幅提升光解水制氫性能

  • 發(fā)布時間：2015-11-01 01:30:46  來源：科技日報  作者：佚名  責任編輯：羅伯特

　　■最新發(fā)現(xiàn)與創(chuàng)新

　　科技日報訊 （記者吳長鋒 通訊員楊保國）中國科學技術(shù)大學熊宇杰教授課題組設(shè)計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，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途徑。該成果于近日在線發(fā)表在國際重要化學期刊《德國應(yīng)用化學》上，并被選為該期刊的“非常重要論文”。

　　太陽能被認為是21世紀最清潔的能源，而光解水制氫是一種可以直接將太陽輻射能轉(zhuǎn)化為氫能的途徑。助催化劑可以促進太陽能產(chǎn)生的電荷與反應(yīng)水分子的相互作用。貴金屬鉑材料早已證實是一類優(yōu)異的光解水制氫助催化劑，但其成本較高。

　　熊宇杰小組基于先前發(fā)展的電子驅(qū)動作用機制，別出心裁地設(shè)計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)計利用鈀—鉑金屬間的電勢差作為半導(dǎo)體中光生電子的“運動”驅(qū)動力，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)，從而證實了該作用機制。

　　該電子驅(qū)動作用機制針對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)即可生長少數(shù)原子層厚度的金屬殼層。

　　熊宇杰介紹，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，該設(shè)計以相對廉價的鈀內(nèi)核替代了金屬鉑，使材料成本降低了1/3以上。

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