元素百科介绍光电分解水制氢模拟自然光合作用系统的研究进展。近日，由中国科学院院士、中国科学院大连化学物理研究所催化基础国家重点实验室、太阳能研究部研究员李灿指导的博士生叶生在模拟自然光合作用、构建高效人工光合系统方面取得了新进展。基于仿生的概念，研究人员将部分氧化石墨烯与空穴储存层相结合，大大提高了光生电荷分离效率，实现了高效的光电催化分解水制氢。相关研究结果以全文的形式发表在《美国化学协会》上（J. Am. Chem. Soc., 2018, DOI: 10.1021/jacs.7b10662），并被邀请作为当前封面文章。
通过模拟光系统II中关键组件的重要功能，研究小组使用Bivo4半导体作为捕光材料，以及能抑制Bivo4光腐蚀的镍铁层状双氢氧化物（NiFeLDH）作为空穴储存层（Angew. Chem. Int. Ed., 2014, 53, 7295; Energy Environ. Sci., 2016, 9, 1327）。Mn4CaO5放氧中心采用分子Co立方烷作为水氧化催化剂，模拟自然光合作用。Mn4CaO5放氧中心用分子Co立方烷作为水氧化催化剂模拟自然光合作用。研究人员发现部分氧化石墨烯（pGO）可作为捕光材料与水氧化催化剂之间的电荷传输介质，在自然光系统II中显示类似酪氨酸（Tyr）的功能。研究结果表明，仿生系统在光催化分解水反应中具有高效率和高稳定性，水氧化反应的起始电位为0.17V，接近热力学理论值，是当前文献报告的最低值。此外，该系统为1.23V（VS.RHE）偏压下的光电流高达4.45ma·cm-2.从太阳能到氢能的转化率（STH）大于2.0%。这项工作是在研究小组对光催化的研究中使用半导体和分子催化剂耦合系统（J. Catal., 2016, 338, 168; J. Am. Chem. Soc., 2016, 138, 10726)光电催化分解水应用取得新进展。
上述工作已获得科技部973项目、国家自然科学基金、中国科学院战略试点科技项目、教育部能源材料化学协同创新中心(iChEM)的资助。
