图画化“人工树叶”完成太阳能分化水制氢定制化

　　金属研讨所沈阳资料科学国家研讨中心刘岗研讨团队与国表里研讨团队协作，开展出仿生图画化半导体光催化资料面板，完成可见光驱动下水的自发裂解发生化学计量比的氢气和氧气。相关效果近来刊发在《美国化学会杂志》上。

　　太阳能光催化分化水制取绿氢，是前沿和颠覆性低碳技能，在助力完成“双碳”方针方面极具潜力。该技能主要是使用太阳光谱中的紫外和可见光来驱动半导体光催化资料，以满意水分化所需的能量要求。

　　其间，开展高效的半导体光催化资料是该技能走向使用的要害。阅历近半个世纪的继续研讨，半导体光催化资料对占比太阳光谱缺乏5%的紫外光的使用功率已近100%，而对占太阳光谱中占比达45%的可见光的使用功率却很低。究其原因是可见光能量较低，激起窄带隙半导体发生的光生电子与空穴诱发水分化反响的驱动力缺乏。因而，完成高效可见光催化分化水，是太阳能光催化分化水制氢范畴的研讨制高点。

　　自然界中植物叶子能够高效使用可见光进行光协作用，是因为叶子中进行光协作用的场所类囊体膜中，距离有序散布着两种吸收可见光的光组成色素，两者经过电荷传递蛋白完成串接，受可见光激起发生的光生电荷依照Z型途径传递，完成能量叠加驱动可见光下的高效光组成反响。

　　研讨人员受此启示，结合微纳集成工艺，在氟掺杂氧化锡通明导电玻璃上创制了图画化的新式仿生光催化资料面板，取得Cu2O（产氢光催化资料）与BiVO4（产氧光催化资料）两种半导体距离替换散布的条带图画。经过匹配半导体与导电基体间的功函数，构成欧姆触摸促进两者间经过导电基体进行Z型电荷转移，有用按捺光生电子与空穴的发光复合，延长了光生电荷的平均寿命，并完成了光生电子与空穴的空间有序别离，即分别在产氢和产氧光催化资料条带上有序富集。

　　在可见光照射下，有序富集的光生电子与空穴可自发裂解水，发生化学计量比的氢气和氧气。据介绍，该图画化光催化资料面板技能计划通用性高，易模块化拼装，其与低成本微电子集成工艺无缝联接，可显着下降规模化使用门槛。