中国科学技术大学光解水制氢催化体系研究获突破

中国科学技术大学光解水制氢催化体系研究获突破

中国科学技术大学的研究人员针对太阳能光解水制氢的铂催化剂稀有且价格高昂的瓶颈问题，设计了一类具有原子精度壳层结构的助催化剂，在减少贵金属铂用量的同时，大幅提高了光解水制氢的效率，为开发低成本、高性能光催化材料提供了新的途径。

研究人员基于此前研究发现的界面电荷极化作用机制，设计出了一类具有原子精度壳层的钯-铂核壳结构助催化剂。该新设计利用钯-铂金属间的电势差作为半导体中光生电子的“运动”驱动力，使电子自发地依次从半导体向金属钯、铂“跑位”，最后聚集在金属铂壳层的外表面，从而催化金属铂表面的高效光解水制氢反应。

该界面电荷极化作用机制对壳层厚度提出了原子精度的高要求，因此，研究人员开发了壳层厚度精准控制的合成方法，无需使用成本高昂的原子层沉积技术，即可在液相体系中生长出少数原子层厚度的金属壳层。

采用该新型催化剂的光解水制氢反应效率与无助催化剂的半导体光催化剂相比提高了322倍，比传统纯铂助催化剂的半导体光催化剂体系高8.2倍。此外，该设计以相对廉价的钯内核替代了金属铂，也在一定程度上降低了制氢成本。

该项研究提出了新的界面工程思路，将拓展人们对太阳能-化学转化中电子运动“微观引擎”的控制能力，对高效光催化剂的设计具有推动作用。

（科大）