近日，我院杜平武教授課題組設(shè)計(jì)制備出具有高轉(zhuǎn)化率的非貴金屬光催化制氫材料，研究成果以封面標(biāo)題形式發(fā)表在英國(guó)皇家化學(xué)學(xué)會(huì)（RSC）旗下著名國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《Energy & Environmental Science》上。該工作題目為“Extraordinarily efficient photocatalytic hydrogen evolution in water using semiconductor nanorods integrated with crystalline Ni2P cocatalysts”，通過(guò)溫和的方法巧妙地將新型非貴金屬助催化劑磷化鎳Ni2P均勻地負(fù)載在硫化鎘CdS半導(dǎo)體上，展現(xiàn)出了優(yōu)越的光催化產(chǎn)氫性能和穩(wěn)定性。(Energy & Environmental Science, 2015,8, 2668-2676. DOI: 10.1039/C5EE01310K).
傳統(tǒng)的石油和化石能源的消費(fèi)引起了地球溫暖化、環(huán)境污染和能源短缺等問(wèn)題,是當(dāng)前人類所面臨的重大挑戰(zhàn)。在此背景下,以低能耗、低污染為基礎(chǔ)的低碳經(jīng)濟(jì)正成為全球關(guān)心和研究的熱點(diǎn)。氫氣作為一種高效清潔的二次能源載體,被認(rèn)為是未來(lái)人類重要的清潔能源來(lái)源。因此，開(kāi)發(fā)和利用無(wú)污染的氫能源是實(shí)現(xiàn)低碳經(jīng)濟(jì)的一種重要途徑。開(kāi)發(fā)無(wú)污染、低成本的制氫技術(shù)日益受到各國(guó)的高度關(guān)注。通過(guò)設(shè)計(jì)高效低成本光催化體系吸收光分解水制氫，使人們看到了將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為氫能的可能。
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該研究組前期發(fā)現(xiàn)過(guò)渡金屬磷化物作為助催化劑有著很好的光催化產(chǎn)氫的性質(zhì)，將磷化亞銅、磷化鉬等磷化物負(fù)載在半導(dǎo)體上，可以有效的提升半導(dǎo)體光催化產(chǎn)氫的效率 (J. Mater. Chem. A, 2015, 3, 10243-10247；J. Mater. Chem. A，2015,3, 16941-16947)?；谇捌诠ぷ?，該研究組利用溶劑熱法巧妙地將新型Ni2P助催化劑負(fù)載在了CdS半導(dǎo)體上，得到了分布均勻，接觸緊密的Ni2P/CdS復(fù)合結(jié)構(gòu)，從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和光譜表征證明了該結(jié)構(gòu)能有效的促進(jìn)CdS光生電子的轉(zhuǎn)移，從而抑制電子空穴對(duì)的復(fù)合，提高光催化制氫性能。通過(guò)外加電子受體結(jié)合超快瞬態(tài)光譜，研究了光催化過(guò)程的反應(yīng)機(jī)理，發(fā)現(xiàn)了快速電子轉(zhuǎn)移過(guò)程。在Na2S/Na2SO3電子給體存在的條件下，催化劑實(shí)現(xiàn)了高效的光催化制氫（產(chǎn)氫速率達(dá)到1,200 μmol h-1 mg-1, 轉(zhuǎn)化數(shù)TON 達(dá)到~3,270,000 in 90 hours，TOF ~36,400 h-1 for Ni2P）。由于原料價(jià)格低廉，性能優(yōu)異，制備簡(jiǎn)單，該材料作為光催化制氫材料展現(xiàn)出重要前景。
論文第一作者為碩士研究生孫子君。上述研究工作受到能源材料化學(xué)協(xié)同創(chuàng)新中心、國(guó)家自然科學(xué)基金委面上項(xiàng)目、新世紀(jì)優(yōu)秀人才等的支持。
論文鏈接：http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2015/ee/c5ee01310k
(化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院)
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