非贵金属光催化制氢材料研发成功 优越人工光合成制氢性能

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  中国科学技术大学化学与材料科学学院杜平武教授课题组设计制备出具有高转化率的非贵金属光催化制氢材料,表现出优越的人工光合成制氢性能和稳定性。该研究成果以封面标题形式9月1日发表在英国皇家化学学会旗下著名国际学术期刊《能源与环境科学》上。

  传统的石油和化石能源的消费引起全球变暖、环境污染和能源短缺等问题,成为人类可持续发展面临的重大挑战,而通过模拟光合作用,设计高效光催化体系吸收光分解水制氢,将太阳能转化为氢能,是一种理想的制氢途径。但由于大量使用贵金属催化剂,成本昂贵。同时,吸光材料与助催化剂之间空间分布不均匀,可能会减少光诱导激发态电子的生成,降低界面激发态电子的寿命,极大影响光催化制氢的效率。

  该研究组此前研究发现,过渡金属磷化物作为助催化剂有着很好的光催化产氢的性质,将磷化亚铜、磷化钼等磷化物负载在半导体上,可有效提升半导体光催化产氢的效率。在此基础上,该研究组利用溶剂热法,巧妙地将新型磷化镍助催化剂负载在硫化镉半导体纳米线上,得到了分布均匀、接触紧密的磷化镍/硫化镉复合结构,获得了高效、稳定、廉价的人工光合成催化剂。

  实验数据和光谱表征证明,该复合结构能有效促进复合材料内的快速电子转移过程,抑制激发态电子的失活,提高可见光催化制氢性能。在添加硫化钠/亚硫酸钠情况下,该催化剂材料实现了高效的光催化制氢:可见光大于420纳米条件下,每毫克样品每小时产氢速率达到1200微摩尔,90小时反应转化次数达到约3270000,基于磷化镍助催化剂的每小时反应次数达到36400。

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