太陽(yáng)能水分解是產(chǎn)生清潔和可儲(chǔ)存能量的有前景的手段?，F(xiàn)在已經(jīng)顯示基于半導(dǎo)體納米顆粒的新型催化劑促進(jìn)“人工光合作用”所需的所有反應(yīng)。

鑒于全球氣候變化，迫切需要開(kāi)發(fā)從可再生能源獲取和儲(chǔ)存電力的有效方法。在這種情況下，光催化將水分解成氫燃料和氧氣提供了特別有吸引力的方法。然而，模擬生物光合作用的該過(guò)程的有效實(shí)施在技術(shù)上非常具有挑戰(zhàn)性，因?yàn)樗婕翱梢韵嗷ジ蓴_的過(guò)程的組合。

現(xiàn)在，由Jacek Stolarczyk博士和Jochen Feldmann教授領(lǐng)導(dǎo)的LMU物理學(xué)家與FrankWürthner教授領(lǐng)導(dǎo)的維爾茨堡大學(xué)化學(xué)家合作，成功地在一體化催化的幫助下證明了水的完全分裂。系統(tǒng)第一次。他們的新研究發(fā)表在Nature Energy雜志上。

用于水分子的光催化分裂的技術(shù)方法使用合成組分來(lái)模擬在自然光合作用期間發(fā)生的復(fù)雜過(guò)程。在這樣的系統(tǒng)中，吸收光量子(光子)的半導(dǎo)體納米粒子原則上可以用作光催化劑。光子的吸收產(chǎn)生帶負(fù)電的粒子(電子)和被稱為“空穴”的帶正電的物質(zhì)，兩者必須在空間上分開(kāi)，以便水分子可被電子還原成氫并被空穴氧化形成氧氣。“如果只想從水中產(chǎn)生氫氣，通常會(huì)通過(guò)添加犧牲性化學(xué)試劑快速去除孔洞，”Stolarczyk說(shuō)。“但要實(shí)現(xiàn)完全的水分解，

具有空間分離的反應(yīng)位點(diǎn)的納米棒

“我們通過(guò)使用由半導(dǎo)體材料硫化鎘制成的納米棒解決了這個(gè)問(wèn)題，并在空間上分離了在這些納米晶體上發(fā)生氧化和還原反應(yīng)的區(qū)域，”Stolarczyk解釋道。研究人員用微小的鉑顆粒裝飾了納米棒的尖端，這些鉑顆粒充當(dāng)了光吸收激發(fā)的電子的受體。正如LMU組先前所示，這種配置提供了一種有效的光催化劑，用于將水還原為氫氣。另一方面，氧化反應(yīng)發(fā)生在納米棒的側(cè)面。為此，LMU的研究人員在Würthner團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的釕基氧化催化劑的側(cè)面附近。該化合物具有將其錨定在納米棒上的官能團(tuán)。“