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光解水制氫

目前全球面臨能源危機(jī)和環(huán)境污染的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，發(fā)展高效、清潔的可再生能源技術(shù)已成為各國政府的重要目標(biāo)，利用太陽能來光催化分解水制氫有望成為解決能源危機(jī)的有效途徑之一。近日，中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院應(yīng)用技術(shù)研究所研究員田興友領(lǐng)導(dǎo)的課題組與中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授高琛課題組合作，在金屬/半導(dǎo)體光催化納米材料結(jié)構(gòu)設(shè)計合成研究領(lǐng)域取得新進(jìn)展，獲得了性能顯著改善的光解水制氫催化劑。該成果以Au–Pt alloy nanoparticles site-selectively deposited on CaIn2S4 nanosteps as efficient photocatalysts for hydrogen production 為題發(fā)表在《材料化學(xué)雜志A》（J Mater Chem A）上（2016，4，12630-12637）。

該工作的創(chuàng)新點(diǎn)在于，研究人員在前期工作基礎(chǔ)上（J Phys Chem C, 2014, 118, 27690-27697），充分發(fā)揮CaIn2S4表面具有納米臺階結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，通過光照還原法將Au-Pt納米合金擇位沉積于CaIn2S4表面的納米臺階上。這種擇位沉積使得光生電子自發(fā)地從半導(dǎo)體向金屬遷移并聚集在CaIn2S4納米臺階凸處的AuPt合金上，而光生空穴則聚集于CaIn2S4納米臺階的凹處，在空間上實(shí)現(xiàn)光催化氧化反應(yīng)位和還原反應(yīng)位的分離；同時，Au-Pt合金中電負(fù)性的差異也會導(dǎo)致電子的進(jìn)一步遷移，從而有效降低光催化反應(yīng)過程中光生載流子的復(fù)合幾率。此外，Au的表面等離共振效率可以拓寬復(fù)合光催化劑對太陽光譜的吸收。因此，AuPt/CaIn2S4復(fù)合光催化劑在可見光下表現(xiàn)出良好的光解水制氫性能。這項(xiàng)研究有助于加深人們對復(fù)合結(jié)構(gòu)材料中光生載流子行為的認(rèn)識，也對金屬/半導(dǎo)體復(fù)合光催化劑的合理設(shè)計具有重要的指導(dǎo)意義。

光解水制氫