元素百科为您介绍中国科技大学光催化分解水研究的进展。近日，中国科技大学国家同步辐射实验室教授魏世强与姚涛特别教授合作，利用同步辐射X射吸收谱技术，准确设计单活性位钴催化剂，实现阳光驱动自发水分解，在德国应用化学研究中发表相关研究，被选为当前热门文章进行亮点报道。
光催化剂面临的挑战
“人工光合作用”是实现太阳能转化生产、清洁可再生氢能的理想方法，也是解决未来能源问题的途径之一。然而，目前大多数光催化剂很难在没有牺牲剂的情况下实现太阳驱动水分解，其效率远远低于实际应用要求。光解水过程包括复杂的多电子和多步骤反应，对催化剂材料有很高的要求。不仅要有合适的能级结构来吸收足够的可见光，还要有效地分离和传输光生电子和空穴，还要有高效稳定的产氢和产氧活性点。因此，寻求新型高效、稳定、廉价的光催化剂仍然面临着巨大的挑战。
光催化分解水研究
研究小组建议将光生电子和空穴对分开，并作为助催化剂实现高效的全解水性能。利用氮化碳纳米空间限域效应合成原子级分散的结构位点，同步辐射x光吸收谱学和高角环形暗场图像清晰形成特殊结构，获得单位钴基负载磷氮化碳复合光催化剂。复合结构在电子能带结构中形成特殊的中间状态，不仅大大提高了材料的可见光吸收，而且有效地抑制了光生电子空穴对复合材料，成功地显著提高了光生载流子的使用寿命。这种单活性位点复合光催化剂将为进一步提高现有光催化剂的水分解性能提供新的设计思路和方法，为探索催化活性中心和从原子尺度反应机制提供新的有效途径。
