央廣網(wǎng)大連6月17日消息（記者田彤 賈鐵生 通訊員關(guān)佳寧）近日，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所（簡稱“大連化物所”）催化基礎(chǔ)國家重點(diǎn)實驗室及潔凈能源國家實驗室太陽能研究部李燦院士、章福祥研究員和博士生陳閃山等與日本東京大學(xué)Kazunari Domen教授課題組合作，在可見光驅(qū)動光催化Z機(jī)制完全分解水制氫研究中取得新進(jìn)展。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，經(jīng)一步氮化合成的MgTa2O6?xNy/TaON異質(zhì)結(jié)材料(最長可吸收波長達(dá)570 nm)可有效促進(jìn)光生電荷分離，基于此異質(zhì)結(jié)材料構(gòu)筑的寬光譜響應(yīng)Z機(jī)制完全分解水制氫體系，其表觀量子效率達(dá)到目前文獻(xiàn)報道最高值(AQE: 6.8%@420 nm)。相關(guān)結(jié)果在線發(fā)表在《德國應(yīng)用化學(xué)》期刊上。

　　利用太陽能光催化分解水制氫亦稱人工光合制氫，是人類向自然學(xué)習(xí)、“道法自然”的結(jié)果。自然界植物通過光合作用將水和二氧化碳轉(zhuǎn)化為葡萄糖、纖維素等生物質(zhì)儲存能量，同時排放出生命所需氧氣。自然光合作用不僅促成了煤、石油和天然氣等化石資源的形成，而且在生命起源、人類形成和漫長的演化過程中扮演著不可替代的角色，為人類的繁衍和生息提供了充足的能源和養(yǎng)分。為了揭開自然光合作用的神秘面紗，科學(xué)先驅(qū)們在十九世紀(jì)后期、科技條件極不發(fā)達(dá)的情況下便開始了自然光合作用的探索尋秘之旅，現(xiàn)已初步解析了光合作用的基本結(jié)構(gòu)和基本原理，形成了自然光合作用采用還原和氧化雙中心、Z-機(jī)制促進(jìn)高效電荷分離等基本共識，這方面相關(guān)的工作先后被授予近十項諾貝爾獎。

　　相比自然光合作用，人工光合制氫的研究相對起步較晚，直到上世紀(jì)七十年代才開始。在過去的四十年左右研究歷程中，尤其近十余年的研究中，各國科學(xué)家圍繞人工光合成過程中太陽光的高效吸收和利用、光生電荷高效分離以及高效催化轉(zhuǎn)化等關(guān)鍵科學(xué)問題展開了廣泛的探索和研究；相關(guān)研究經(jīng)歷了最初的實驗現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)、基礎(chǔ)理論探索到人工光合成體系整體設(shè)計構(gòu)筑的不斷發(fā)展過程；對光催化材料基本物性、光催化劑結(jié)構(gòu)與性能“構(gòu)效關(guān)系”認(rèn)識由宏觀不斷向微觀水平推進(jìn)；反應(yīng)體系由過去的半反應(yīng)研究，逐漸集中在光催化完全分解水制氫及光催化制氫與CO2耦合制燃料研究；光催化反應(yīng)的基礎(chǔ)理論體系逐步形成，人工光合成太陽能燃料已經(jīng)成為化學(xué)、物理、能源與材料等多學(xué)科交叉的熱門研究領(lǐng)域之一。

　　最近，李燦院士、章福祥研究員和博士生陳閃山等瞄準(zhǔn)具有太陽能應(yīng)用轉(zhuǎn)化潛力的寬光譜響應(yīng)半導(dǎo)體材料制氫技術(shù)。他們從新型材料的開發(fā)入手，通過對系列層狀或隧道狀寬禁帶半導(dǎo)體材料進(jìn)行摻氮處理，實現(xiàn)了有效的寬光譜吸收和利用，并從實驗上證實了該類新型半導(dǎo)體材料具有可見光催化分解水制氫潛力。近日，該團(tuán)隊在自主開發(fā)的MgTa2O6?xNy新材料基礎(chǔ)上，通過氮化合成策略創(chuàng)新成功構(gòu)筑了MgTa2O6?xNy/TaON異質(zhì)結(jié)，大幅提升了其光生電子和空穴的分離效率，并模擬自然光合作用原理采用“Z”機(jī)制成功實現(xiàn)了完全分解水制氫，其制氫表觀量子效率在波長為420納米可見光激發(fā)下高達(dá)6.8%，為目前國際上通過納米粉末光催化“Z”機(jī)制分解水制氫的最高表觀量子效率。研究成果不僅提供了“異質(zhì)結(jié)”構(gòu)筑的新方法，打通了從新型材料研發(fā)到人工光合全分解水制氫的鏈條，而且為發(fā)展具有我國自主創(chuàng)新的高效寬光譜可見光人工光合制氫能源變革性技術(shù)奠定了基礎(chǔ)。