近日，由科技部973項目和國家自然科學(xué)基金重大項目支持的，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所李燦院士研究團(tuán)隊承擔(dān)的“太陽能光電催化分解水制氫”研究取得新進(jìn)展。在以五氮化三鉭為基礎(chǔ)的半導(dǎo)體光陽極研究中，發(fā)現(xiàn)“空穴儲存層”電容效應(yīng)，獲得了高效穩(wěn)定的太陽能光電化學(xué)分解水體系，相關(guān)研究成果發(fā)表在《德國應(yīng)用化學(xué)》雜志上。

       光電催化分解水制氫是利用太陽能制備燃料的理想途徑之一，近半個世紀(jì)以來，各國科學(xué)家們致力于發(fā)展高效、穩(wěn)定的太陽能光電催化分解水體系。當(dāng)前，以五氮化三鉭材料為代表的寬光譜捕光的窄帶隙半導(dǎo)體光陽極，是國際太陽能光電催化制氫領(lǐng)域的主攻體系之一。但該體系易受光腐蝕，解決其穩(wěn)定性是本領(lǐng)域的挑戰(zhàn)課題。

      李燦院士研究團(tuán)隊經(jīng)過研究，在光陽極表面組裝水和氧化鐵層，在保持光電催化水氧化高效率前提下，發(fā)現(xiàn)其穩(wěn)定性可由幾分鐘提高到數(shù)小時，甚至工作十余小時后也未見明顯衰退，這是目前世界上報道的最高穩(wěn)定性的五氮化三鉭分解水光陽極體系。研究發(fā)現(xiàn)五氮化三鉭表面水和氧化鐵層具有電容的空穴儲存能力，它可將五氮化三鉭中光激發(fā)形成的光生空穴快速轉(zhuǎn)移、高效儲存，使半導(dǎo)體免于光腐蝕氧化，從而數(shù)量級提高了光陽極的穩(wěn)定性。在國際上提出了光電催化“空穴儲存層”的概念，這為進(jìn)一步設(shè)計構(gòu)筑高效穩(wěn)定的太陽能轉(zhuǎn)化體系提供了新的思路和策略。