中國科學技術大學光解水制氫催化體系研究獲突破

中國科學技術大學光解水制氫催化體系研究獲突破

中國科學技術大學的研究人員針對太陽能光解水制氫的鉑催化劑稀有且價格高昂的瓶頸問題，設計了一類具有原子精度殼層結構的助催化劑，在減少貴金屬鉑用量的同時，大幅提高了光解水制氫的效率，為開發低成本、高性能光催化材料提供了新的途徑。

研究人員基于此前研究發現的界面電荷極化作用機制，設計出了一類具有原子精度殼層的鈀-鉑核殼結構助催化劑。該新設計利用鈀-鉑金屬間的電勢差作為半導體中光生電子的“運動”驅動力，使電子自發地依次從半導體向金屬鈀、鉑“跑位”，最后聚集在金屬鉑殼層的外表面，從而催化金屬鉑表面的高效光解水制氫反應。

該界面電荷極化作用機制對殼層厚度提出了原子精度的高要求，因此，研究人員開發了殼層厚度精準控制的合成方法，無需使用成本高昂的原子層沉積技術，即可在液相體系中生長出少數原子層厚度的金屬殼層。

采用該新型催化劑的光解水制氫反應效率與無助催化劑的半導體光催化劑相比提高了322倍，比傳統純鉑助催化劑的半導體光催化劑體系高8.2倍。此外，該設計以相對廉價的鈀內核替代了金屬鉑，也在一定程度上降低了制氫成本。

該項研究提出了新的界面工程思路，將拓展人們對太陽能-化學轉化中電子運動“微觀引擎”的控制能力，對高效光催化劑的設計具有推動作用。

（科大）