大连化物所章福祥研究员团队实现宽光谱捕光催化剂高效全分解水制氢

近日，中科院实验室章福祥研究员团队在宽光谱捕光催化剂全分解水制氢研究方向取得新进展。

据悉，章福祥研究员团队发现金属载体强相互作用（SMSI）可显著促进Ir/BiVO4光催化剂体系的界面电荷分离和水氧化性能，进而建立了高效的“Z”机制全分解水制氢体系，其室温下制氢表观量子效率（AQE）达到16.9%（420±10nm）。

本文亮点：

1. 本工作证实助催化剂Ir与半导体BiVO4之间存在SMSI作用，并首次证实SMSI作用可显著促进其界面光生电荷分离和水氧化性能。

2. 发展了原位光诱导实现双助催化剂在电子和空穴富集位定向转化的新策略。

3. 构筑了“Z”机制可见光催化全分解水制氢新体系，取得420 ± 10 nm 波长照射下制氢表观量子效率达到国际新高（AQE = 16.9%）。

本研究首次证明助催化剂与半导体之间存在的SMSI可显著促进界面电荷分离以及光催化性能，同时发展了原位光诱导定向负载双助催化剂的新策略，大幅促进了光生电荷分离以及水氧化性能，并基此构筑了高效的可见光催化全分解水制氢粉末新体系，取得了国际领先的可见光催化全分解水制氢量子效率，实现了太阳能到氢能的转化效率达0.8%，高于大部分自然光合作用的能源转化效率。该研究不仅拓展了SMSI的应用版图（从传统热催化拓至光催化），而且为光生电荷分离促进提供了新思路，为构筑高效光催化新体系奠定了科学基础。

近十余年来，实验室太阳能研究部协同攻关，致力于宽光谱捕光催化剂全分解水制氢课题的研究，从高效捕光新材料、高效催化材料开发等方面入手，通过表界面调控策略、创新合成方法等，不仅开发了30余例具有我国自主知识产权的宽光谱捕光新材料和高TOF值的水氧化催化材料，而且建立了一系列高效的可见光催化全分解水制氢体系，有效拓宽了可见光的利用范围，逐步提升了悬浮粉体光催化剂可见光催化全分解水制氢效率（Angew. Chem. Int. Ed. 2015；Joule 2018；Nat. Commun. 2022）。

相关研究成果以“Efficient overall water splitting of a suspended photocatalyst boosted by metal-support interaction”为题，于近日发表在《焦耳》（Joule）上。该工作的第一作者是实验室祁育副研究员。相关工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目的支持。