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中国科大发现“光解水制氢”新路径

  • 发布时间:2015-02-03 01:30:42  来源:科技日报  作者:佚名  责任编辑:罗伯特

  科技日报讯 (记者吴长锋 通讯员刘爱华)如何用太阳能分解水制备氢气在全世界备受关注。中国科学技术大学熊宇杰教授课题组的一项研究首次揭示了硅纳米线表面“光解水制氢”的机制,为其制氢性能的提高提供了新的途径。该工作以《硅纳米线光解水制氢之谜》为题,在线发表于国际重要化学期刊《德国应用化学》上,入选该期刊的热点论文。

  在光解水制氢过程中,半导体催化剂扮演着非常重要的作用。半导体材料在接受到太阳光以后将产生携带能量的激发态正负电荷,使得水通过还原和氧化反应生成氢气和氧气。“硅”是地球上储量最高且在工业上应用最为广泛的半导体材料,早已有报道预言可用于光解水制氢技术。

  熊宇杰课题组巧妙地把纳米制造技术和湿化学方法结合起来,可以高度选择性地调控硅纳米线阵列的表面化学键类型和数量,从而发现硅材料的激发态电荷平均寿命及光催化产氢效率与其表面化学键紧密相关。另一方面,研究团队发现该过程产生的氢气和氧气的比例远高于常规思维中的比例,并通过中国科大江俊教授课题组的理论模拟,揭示该过程与传统的光催化氢机制有所不同。基于该系列发现,研究团队首次揭开了硅材料“光解水制氢”机制的“神秘面纱”。

  在理解作用机制之后,研究人员开发出了一类基于常规半导体工业技术的表面化学处理方法,为调控位于硅材料表面的化学键状态提供了简捷途径,得以理性地调变其光催化制氢性能。该研究提出了新的表面工程思路,为开发高效、自然界丰富的光催化剂铺筑有效道路,并将拓展人们对化学转化中电荷运动“微观引擎”的控制能力,对高效催化剂的理性设计具有重要推动作用。氢气的获得也将为燃料电池等带来更广泛的应用。

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